Международный консорциум под руководством профессора Сирила Зипфеля определил давно известный фактор иммунной системы растений: кальциевый канал способствует закрытию устьиц листьев при контакте с патогенами. Этот защитный механизм может помочь создать растения, устойчивые к болезнетворным микроорганизмам, пишет glavagronom.
Каждый лист растения имеет сотни мельчайших пор, которые обеспечивают обмен газами с окружающей средой. Поглощая CO2 и выделяя кислород и водяной пар, устьица необходимы для фотосинтеза, выживания растений. Размер устьиц динамически регулируется, чтобы растения могли адаптироваться к изменяющимся условиям, таким как солнечный свет, засуха и дождь. Открытие и закрытие происходит за счет нескольких защитных клеток, которые образуют кольцеобразную границу вокруг устьица.
Растения могут защитить себя сами
Исследователи растений давно знают, что листья закрывают «ворота», когда они сталкиваются с потенциально патогенными микробами. Эта реакция является частью врожденной иммунной системы растений: рецепторы на поверхности растительных клеток распознают типичные структуры микробов, что запускает сразу несколько реакций, которые в конечном счете блокируют проникновение и размножение микробов. Одной из таких реакций является закрытие устьиц, что эквивалентно закрытию «ворот» для патогенов.
Долгий поиск недостающего звена
Однако механизм, лежащий в основе этого микробно-индуцированного закрытия устьиц, оставался в значительной степени необъяснимым, хотя учеными было доказано, что запуск защитной реакции обусловлен быстрым притоком ионов кальция в защитные клетки.
«Идентификация каналов, которые отвечают за быстрое движение кальция, была все еще неизвестна исследователям», - говорит Сирил Зипфель, профессор молекулярной и клеточной физиологии растений.
После шести лет научной деятельности ученый опубликовал исследование, которое закрывает этот пробел и идентифицирует соответствующий кальциевый канал в модельном растении Arabidopsis.
Микробы запускают открытие канала
Решающий ключ к разгадке состоял в том, что идентифицированный белок канала OSCA1.3 – с до сих пор неизвестной функцией – был модифицирован важным компонентом иммунной системы растений. Эта модификация приводит к открытию канала OSCA1.3, притоку ионов кальция в защитные клетки и закрытию устьиц. Команда Зипфеля смогла показать, что эта реакция была специально инициирована, когда растения Arabidopsis контактировали с частями жгутиковых бактерий – одним из микробных триггеров иммунной системы растений.
Исследователи подтвердили этот результат, введя несколько генетических мутаций, которые полностью остановили работу кальциевого канала OSCA1.3. У этих мутировавших растений микробный триггер не приводил к закрытию пор. Дальнейшие эксперименты показали, что деактивированный канал не запускается засухой, засолением и другими факторами окружающей среды, которые бы в естественных условиях без вмешательства ученых вызвали бы закрытие устьиц.
По словам ученых, на основании полученных результатов исследования становится понятно, что данный кальциевый канал OSCA1.3 участвует в важном иммунном ответе растений. Следовательно, результаты исследования могут помочь в разработке устойчивых к патогенам культур.
