Ученые нашли нового союзника в борьбе с патогенами растений

Растения окружены целым миром микроорганизмов, живущих внутри них и на их поверхности. Ученые доказали, что эти скрытые обитатели играют ключевую роль в здоровье растений.

По оценкам Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН (ФАО), вредители и возбудители болезней сельскохозяйственных культур ежегодно обходятся мировой экономике примерно в 220 млрд долларов.

Ученые из Университета Дьюка установили, что нарушения в сообществе микроорганизмов растений могут подорвать способность последних отличать безвредных захватчиков от вредных, что, по сути, обращает защитный арсенал растения против него самого.

Одной из целей исследования был поиск генов, участвующих в поддержании баланса микробиома растений. В ходе исследования было обнаружено, что у растений с мутацией в гене TIP1 внутри листьев в большом количестве содержатся безвредные для них бактерии. Такие растения имели ряд признаков: были маленькими и низкорослыми по сравнению со своими дикими собратьями, на листьях появлялись некрозы.

Ученые предположили, что эти симптомы являются признаками ошибочной работы иммунной системы, когда защитные силы растения включаются, несмотря на отсутствие реальной угрозы, и атакуют здоровые ткани вместо того, чтобы защищать их.

Растения с мутацией в гене TIP1 имели множество защитных генов в своих клетках, даже если они не подвергались нападению фитопатогенов, — признак того, что их иммунная система работает в усиленном режиме.

В ходе исследования было показано: при выращивании растений с мутацией в гене TIP1, в условиях отсутствия микроорганизмов, аутоиммунные симптомы практически исчезли.

Таким образом, результаты исследования впервые демонстрируют связь между несбалансированным микробиомом и аутоиммунитетом у растений.

Молекулярный механизм, лежащий в основе этой связи, остается неясным. Ген TIP1 кодирует фермент S-ацилтрансферазу, генетический код которой остается практически неизменным, это означает, что ген может играть роль в поддержании микробиома в равновесии и у других видов.

Полученные данные помогут проложить путь к созданию пребиотиков, поддерживающих или восстанавливающих микробиом, для поддержания хорошего баланса растений и снижения потерь продовольственных культур, вызванных фитопатогенами и вредителями.

Кроме естественных защитных функций растений, здоровье сельскохозяйственных культур возможно поддерживать путем использования биопрепаратов. Во Всероссийском центре карантина растений Россельхознадзора (ФГБУ «ВНИИКР») проводят исследования по поиску и оценке различных микроорганизмов в качестве агентов биологической борьбы. Ряд грибов и бактерий оказывают негативное воздействие на рост и развитие вредных организмов, что может лечь в основу создания новых биопрепаратов.

Источник: Yu Ti Cheng et al, Roles of microbiota in autoimmunity in Arabidopsis leaves, Nature Plants (2024). DOI: 10.1038/s41477-024-01779-9