Як ґрунтові бактерії допомагають рослинам захищатися від хвороб

Дослідження, проведене вченими з Льєжського університету, розкриває механізм, за допомогою якого сурфактин, молекула, що виробляється корисними ґрунтовими бактеріями, активує імунний захист рослин. Цей механізм, відмінний від класичної парадигми імунного розпізнавання, спирається на пряму взаємодію з мембраною клітин рослини. Це відкриття відкриває перспективи для розробки біопестицидів наступного покоління. Стаття опублікована в журналі Nature Plants, пише портал phys.org .

Корисні бактерії стимулюють імунітет рослин

Рослини не беззахисні перед патогенами. Деякі ґрунтові бактерії, далеко не просто мешканці коренів, надсилають рослинам хімічні сигнали, які готують їх до протистояння патогенам. Міжнародний дослідницький консорціум, очолюваний дослідниками з Gembloux Agro-Bio Tech Льєжського університету, щойно з'ясував молекулярний механізм цієї імунізації. Дослідження команди показує, що сурфактин, циклічний ліпопептид, що виробляється бактеріями роду Bacillus, діє не через білковий рецептор, а безпосередньо взаємодіючи з ліпідами в мембрані клітин рослин.

«Рослини мають складні захисні механізми проти хвороб», – пояснює Марк Онґена, дослідник Дослідницького центру TERRA. «Серед них імунітет, індукований корисними ґрунтовими мікроорганізмами, привертає зростаючий інтерес як у фундаментальних, так і в прикладних дослідженнях. Ми вже знали, що деякі бактерії ризосфери, зокрема роду Bacillus, виробляють циклічні ліпопептиди, здатні стимулювати захисні механізми рослин. Але те, як ці молекули розпізнаються рослинними клітинами, досі залишалося маловивченим».

Як сурфактин спілкується з корінням

Дослідники зосередилися на сурфактині — одному з цих ліпопептидів — та його взаємодії з Arabidopsis thaliana, модельною рослиною, яку зазвичай використовують у біології рослин. Використовуючи трансдисциплінарний підхід, що поєднує клітинну біологію, біохімію та біофізику, вони продемонстрували, що сурфактин зв'язується зі сфінголіпідами, а точніше з глюкозилцерамідом, присутнім у мембрані клітин кореня.

«Ця взаємодія викликає незначну ремоделювання мембрани, збільшуючи її натяг, що активує механочутливі іонні канали», – пояснює Магалі Делеу. Це запускає сигнальний каскад, який поширюється від коренів до листя та готує рослину до кращої протидії патогенам, включаючи грибок Botrytis cinerea, який викликає сіру гниль.

Новий погляд на імунітет рослин

Цей механізм відрізняється від класичної парадигми вродженого імунітету рослин, у якій розпізнавання чужорідних молекул зазвичай включає рецептори мембранних білків. Тут саме фізична модифікація самої мембрани, а не взаємодія типу «ключ і замок» з рецепторним білком, виступає в ролі пускового сигналу. Це відкриття проливає нове світло на те, як рослини можуть сприймати своє мікробне середовище та розрізняти корисні бактерії та справжні патогени.

До більш екологічного, цілеспрямованого захисту врожаю

На практиці це дослідження є частиною зусиль з розробки нового покоління біопестицидів. Точне розуміння того, як ці бактерії або їхні молекули активують імунітет рослин , допоможе розробити більш цілеспрямовані та ефективні стратегії захисту врожаю, частково замінюючи хімічні засоби. Таким чином, ці результати забезпечують міцну наукову основу для раціонального розвитку біопродуктів для використання в сталому сільському господарстві.