Ученые: почвенные бактерии могут влиять на иммунитет растений
Возможность почвенных бактерий с помощью вырабатываемого ими фермента снижать иммунную активность растения, что позволяет его корням расти длиннее, чем это было бы в противном случае, выявили в ходе исследования ученые Инженерной школы Принстонского университета, США, сообщает 2 января пресс-служба Инженерной школы университета.
Наукой установлено, что растения способны уравновешивать энергию, которую они тратят на рост, с энергией, используемой ими для защиты от вредных бактерий. Однако сами механизмы, обеспечивающие это равновесие, оставались неизвестными. Этот пробел решили устранить специалисты Принстонского университета.
В своем исследовании они показали, что некоторые типы почвенных бактерий могут влиять на баланс роста и защиты растений. Доцент кафедры химической и биологической инженерии Инженерной школы Джонатан Конвей пояснил решаемую их коллективом задачу:
«Это попытка добраться до действительно большого биологического вопроса, на который нет хороших ответов, — о том, как микробиомы взаимодействуют с иммунной системой хозяина. Это небольшой шаг в направлении попытки понять, как микробы сосуществуют с хозяевами — будь то растения, люди или другие животные — всё время и при этом не активируют наши иммунные реакции постоянно».
Для поиска бактерий, влияющих на иммунитет хозяев, команда Конвея обратилась к растениям, модифицированным так, чтобы иметь повышенные иммунные реакции на белок флагеллин, из которого состоят нитевидные отростки — жгутики, позволяющие бактериям плавать. Этот белок является мощным триггером иммунных реакций у хозяев бактерий — от растений до людей.
Исследователи вырастили в лабораторных условиях, в чашках Петри, рассаду такого растения — Arabidopsis (Резуховидка Таля). При этом в чашках, содержащих кусочек флагеллина, который активирует соответствующий рецептор, корни саженцев выросли короткими и толстыми, поскольку их энергия была направлена на иммунитет — защиту от бактерий, а не на рост.
Эксперимент, кроме выращивания рассады в чашках с флагеллином, включал также ее выращивание с 165 изолятами различных видов бактерий, выделенными из корней Arabidopsis, который был выращен в почве. 41% (68 изолятов) подавили реакцию замедленного роста, подавив иммунитет растений и позволив их корням вырасти длиннее.
Лучше всего стимулировала рост корней бактерия Dyella japonica. Предыдущие исследования показали, что иммуномодулирующая активность этого вида зависит от системы бактериальной секреции — белкового комплекса, который может выводить вещества из бактериальных клеток в окружающую среду, в том числе внутрь растительных клеток или в межклеточное пространство.
Сканирование генома D. japonica выявило ген, кодирующий секретируемый фермент, называемый субтилазой, который потенциально способен расщеплять флагеллин, не давая ему активировать иммунный ответ.
Команда применила генетические и биохимические методы для доказательства, что субтилаза действительно способна разрушать определенный сегмент флагеллина (flg22), запускающего иммунный ответ. Этого разрушения было достаточно для подавления иммунного ответа и обеспечения повышенного роста корней Arabidopsis.
Помимо анализа специфического фермента, вырабатываемого D. japonica, научная группа обнаружила, что схожие гены присутствуют во многих распространенных почвенных бактериях, а их анализ показал, что десятки бактериальных изолятов могут подавлять иммунитет, стимулируемый флагеллином.
В настоящее время исследователи намерены выяснить, как этот фермент может быть полезным и для бактерий, и для их растений-хозяев. Одна из гипотез заключается в том, что разрушение жгутиков, состоящих из флагеллина, не позволит патогенам проникать в корни растений.
Альтернативная гипотеза заключается в том, что этот фермент «подавляет иммунную систему, поэтому патоген может остаться незамеченным и вызвать больше заболеваний, чем в противном случае», указал соавтор исследования, научный сотрудник-постдокторант в лаборатории Конвея Сэмюэл Истман.
Последний сценарий поставит крест на использовании этого явления для улучшения роста сельскохозяйственных растений, сделав их более уязвимыми к болезням. Поэтому необходимы дополнительные исследования, сказал Истман.
Результаты исследования ученые представили в статье «Субтилаза II типа, секретируемая комменсальными ризобактериями, расщепляет пептиды-стимуляторы иммунитета и подавляет вызванную flg22 иммунную активацию» (A type II secreted subtilase from commensal rhizobacteria cleaves immune elicitor peptides and suppresses flg22-induced immune activation), опубликованную в журнале Cell Reports.
