2023 Szerző: Sophia Otis | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-05-21 01:49
A várkaput őrző katonák hullámaihoz hasonlóan több genetikai védő is együttműködik, hogy megvédje a növényi sejteket a lisztharmat betegségtől egy új tanulmány szerint. A lisztharmat gyakori gombás fertőzés a növényekben, amely több mint 9000 fajt támad meg, köztük számos növényt, például árpát és búzát, valamint kertészeti növényeket, például rózsát és uborkát. A kutatók, köztük Shauna Somerville és Mónica Stein, a Carnegie Intézet Növénybiológiai Tanszékének munkatársai az elsők, akik dokumentálják, hogy ezek a védekező gének hogyan működnek együtt a növényekben. A felfedezés segíthet a gombás paraziták elleni küzdelemben, amelyek pusztítják a termést, és évente több milliárd dolláros kárt okoznak a termelőknek.
A Science folyóirat november 18-i számában megjelent tanulmány a mustárrokon Arabidopsis thaliana lisztharmat fertőzését írja le. Minden penészfaj gazdaspecifikus, ami azt jelenti, hogy egyes növényfajokat megfertőzhet, másokat nem. Az Arabidopsis védőgénjeinek letiltásával a kutatók meg tudták fertőzni a növényeket olyan lisztharmatfajokkal, amelyek általában a borsót vagy az árpát támadják meg, így sokat elárultak arról, hogy a növények hogyan használják fel a géneket a fertőzések leküzdésére.
"A legtöbb növény ellenáll a legtöbb kórokozónak, amellyel találkozik, de ennek a rezisztenciának az alapja nem volt ismert" - mondta Somerville. "Ezeknek a géneknek az azonosítása lehetővé tette számunkra az első betekintést abba, hogy a növények hogyan védekeznek több kórokozó ellen."
Amint a lisztharmat fertőzés elhatalmasodik, homályos foltokkal borítja a növényt, miközben értékes tápanyagokat szív fel. A sejtek szintjén a gombaspórák behatolnak az egészséges növényi sejtekbe, és gyökérszerű táplálkozási struktúrákat alkotnak, amelyeket haustoriának neveznek. A növényi sejtfal az elsődleges akadálya ennek az inváziónak, és a jelenlegi tanulmányban leírt védekező gének egyike, az úgynevezett PEN2, megakadályozza, hogy a gomba áthatoljon a sejtfalon.
Ha ez az első védelmi vonal meghibásodik, mint a normál Arabidopsis növények körülbelül 5-25 százalékánál (a penészfajtól függően), egy második gének sorozata ugrik be a harcba. Ezek az EDS1-nek, PAD4-nek és SAG101-nek nevezett gének a sejten belül egy komplexben működnek együtt, és jelezhetik a fertőzött sejtek elhalását. Az elhullott sejtek feláldozásával a védekező gének megkímélhetik az egészségeseket a fertőzéstől.
Somerville, Stein és munkatársai a kölni Max Planck Növénynemesítési Intézetben letiltották az Arabidopsis védőgénjeit azáltal, hogy mutációkat vezettek be, egyenként és különböző kombinációkban. Ezeket a mutánsokat a lisztharmat két fajának egyikével fertőzték meg: a Blumeria graminis hordei fajjal, amely az árpát támadja meg, és az Erysiphe pisivel, amely a borsó növények levelein és hüvelyein virágzik.
"Csak három gén letiltása lehetővé tette, hogy a borsó lisztharmat ugyanolyan jól szaporodjon Arabidopsis-on, mint normál gazdáján" - jegyezte meg Somerville. "Így a nem megfelelő kórokozók növekedését korlátozó rezisztencia korlátok a vártnál sokkal kevésbé bonyolultak, és csak korlátozott számú génre támaszkodnak."
Az EDS1, PAD4 és SAG101 génkomplexum sejthalált jelző képessége viszonylag jól ismert a tudósok előtt. Azonban nagyon keveset tudunk arról, hogyan viselkedik a PEN2 a sejtben. A jelenlegi tanulmány azt bizonyítja, hogy a PEN2 fehérje egy katabolikus enzim – olyan fehérje, amely lebont más molekulákat –, bár konkrét célpontja ismeretlen.
A tanulmány kibővíti a kutatók korábbi, a PEN1 nevű génnel végzett munkáját. Ahogy a neve is sugallja, úgy tűnik, hogy a PEN1 és a PEN2 közös célt szolgálnak. Úgy tűnik azonban, hogy különböző mechanizmusokon keresztül hatnak, és a PEN2 a gombás kórokozók szélesebb köre ellen véd. Például a fogyatékos PEN2 gént tartalmazó Arabidopsis növények érzékenyebbek a Phytopthora infestansra, a 19. század közepén a hírhedt ír burgonyaéhségért felelős gombára.
"A sejtfalon működő ellenállási mechanizmusok meglepően egyszerűnek tűnnek" - mondta Somerville. "Ez azt sugallja, hogy lehetséges lehet az olyan termények, mint a búza, Arabidopsis PEN génekkel történő visszafejtése a lisztharmat és más pusztító betegségek leküzdésében, így minimalizálva a peszticidek szükségességét."
