Молекулярні патерни, пов'язані з нападом травоїдної тварини, можуть служити сигналом до запуску захисних механізмів рослини. Колективу генетиків вдалося виявити в коров'ячому гороху () ген, який кодує рецептор, що специфічно розпізнає подібні патерни. Результати дослідження опубліковані в.
Стійкість рослин до патогенів будується на запуску певних захисних механізмів: посилення генерації активних форм кисню, експресії пероксидаз і ферментів, що синтезують етилен та інші сигнальні і захисні молекули. Як правило, тригерами виступають молекулярні патерни - низькомолекулярні речовини, що виникають при пошкодженні тканин рослини, або властиві самому шкіднику. Їх розпізнавання рецептор-подібними білками (RLP) і стає першим кроком до запуску захисних реакцій.
Серед різноманітності набоїв, розпізнаваних рослинними рецепторами, можна виділити HAMP - пов'язані з нападами травоїдних тварин (зазвичай це гусениці, тобто личинки комах загону Чешуекрилі). До відомих HAMP, розпізнаваних бобовими рослинами, відносяться інцептини - пептидні фрагменти однієї з суб'єдиниць хлоропластної АТФ-синтази рослини, які виявляються в оральних виділеннях комахи після перетравлювання їм рослинних тканин. І незважаючи на відому властивість інцептинів запускати у бобових імунні реакції, до цього не були відомі специфічні рецептори, що розпізнають ці патерни.
Наукові співробітники університету Каліфорнії та їхні іноземні колеги під керівництвом Еріка Шмельца (Eric A. Schmelz) припустили, що у бобових рослин існує рецептор, що розпізнає інцептин (INR), і поставили мету виявити ділянки геному, відповідальні за його експресію. Вони вирішили зробити це за допомогою генетичного картування на прикладі коров'ячого гороху і найбільш часто зустрічуваних інцептинів -In і його менш біологічно активного варіанту -In-А.
Проаналізувавши збільшення синтезу етилену в різних зразках коров'ячого гороху при взаємодії з інцептином, дослідники відібрали групу тих, що чутливі до -In-А - групи Danila, Suvita і Yacine. Потім, для картування хромосомних локусів, що контролюють кількісні ознаки (QTL), отримали популяцію з 85 рекомбінантних інбрідних ліній від двомовного схрещування особин групи Yacine і нечутливих до -In-А особин групи 58-77. На додачу автори провели повногеномне асоціативне картування (GWAS) на 364 зразках коров'ячого гороху з колекції Університету Каліфорнії.
Обидва методи показали зв'язок між реакцією на -In-А в фенотипі і одним генетичним локусом в рослинному геномі. Найбільш чітко цей зв'язок виявили однонуклеотидні поліморфізми (SNP) 2_22560, 2_22561 і 2_09070, охоплюючи ділянку довжиною в 22 тисячі пар підстав у хромосомі сім. Маркери 2_22560 і 2_22561 опинилися в гені, що кодує рецептор-подібний білок (RLP). Цей ген автори і визнали кандидатом на роль шуканого INR.
Щоб переконатися в цьому, вони модифікували рослини тютюну (Nicotiana benthamiana) таким чином, щоб вони транзієнтно (тобто без вбудовування чужорідної генетичної конструкції безпосередньо в геном) експресували ген з коров'ячого гороху, а потім оцінили їх чутливість до інцептину -In. Для позитивного контролю іншу групу рослин тютюну модифікували так, щоб вони експресували ген рецептора EF-Tu (EFR), що розпізнає пептид elf18, подібно інцептину призводячи до підвищення концентрації активних форм кисню і етилену в рослині.
Здогадка авторів підтвердилася: рослини тютюну, що експресують ген, на відміну від тих, що містять інший трансген, виявилися чутливими до впливу інцептину -In. Це говорить про те, що білок, кодований цим геном, специфічно індукує запуск захисних реакцій у рослині в присутності HAMP інцептину.
Автори бачать велику роль досконалого відкриття у з'ясуванні та глибокому розумінні взаємин між рослинами і травоїдними комахами, що особливо важливо у світлі сучасних трендів на зниження використання пестицидів у сільському господарстві. Вони продовжують дослідження і планують тепер розібратися в особливостях ліганд-білкових взаємодій між виявленим рецептор-подібним білком і розпізнаваними ним молекулами.
Вчені давно цікавляться відносинами між рослинами та їх шкідниками. Накопичення знань про це має утилітарний сенс, проте часом може і просто дивувати, а то й лякати. Наприклад, ми писали про те, як томати, захищаючись, здатні перетворити поїдаючих їх гусениць на канібалів, а про найстрашніший кошмар кавомана ми розповідали тут.