Група вчених з Канади та Франції дослідили механізм впливу бактерій, які здатні повністю підкоряти розвиток рослин своїм потребам. Вчені з’ясували, що бактеріальний білок SAP05 призупиняє старіння заражених рослин, робить їх стерильними та призводить до розростання у них вегетативних пагонів. Дослідження опубліковано у журналі Cell.
Eigenes Werk / Wikimedia Commons
Чому це важливо?
Більшість паразитів мають одного хазяїна, проте частина з них потребує для завершення свого життєвого циклу кількох хазяїв. Наприклад, трематода Ribeiroia ondatrae викликає серйозні аномалії кінцівок у тихоокеанських деревних жаб Hyla regilla. Це погіршує пересування жаб і, відповідно, збільшує шанси поїдання їх птахами, які є остаточними господарями трематоди.
Бактерії фітоплазми Candidatus Phytoplasma, які завдають шкоди рослинництву, для свого розвитку також потребують двох хазяїв – рослини і комахи, яка живиться нею. Відповідно, фітоплазми виробили механізми, які б підвищували ймовірність контакту рослини та комахи. Так, вони спонукають заражених рослин активно розвивати свіжі молоді пагони з дрібними листочками, які привабливі для комах, наприклад, для цикадок. Квіти ж у таких рослин, хоч і формуються, але нагадують листя (філодії) та є переважно стерильними. Саме з фітоплазмами найбільшою мірою пов’язане формування так званих «відьминих віників» на кущах і деревах, коли надмірна кількість гілок розростається близько одна до одної.
Бактерії фітоплазми характеризуються відсутністю клітинної стінки і дуже маленьким геномом. Вони заселяють цитоплазму клітин ситоподібних трубок флоеми рослин. Це дозволяє фітоплазмам не лише контролювати переміщення поживних речовин, а й поширюватися рослиною. Однак як саме вони діють на молекулярному рівні досі не до кінця відомо. Раніше вже було з’ясовано вплив кількох секреторних білків фітоплазм, що зв’язують та дестабілізують фактори зчитування генетичної інформації. Так, білок SAP11 призводить до зміни форми листя та розростання стебла, а SAP54 – до розвитку листя замість квітів. Натомість механізм дії білка SAP05 досі не був відомий.
Як організували дослідження?
Вчені провели генетичні та біохімічні експерименти на модельній рослині різушки Таля (Arabidopsis thaliana). Ця непримітна квіткова рослина має короткий життєвий цикл, а тому її зручно використовувати в дослідженнях. Вчені вирощували різушку Таля в теплиці при +22 градусах Цельсія за умов довгого світлового дня (16 год світла/8 год темряви) або короткого (10 год світла/14 год темряви). Джерелом фітоплазм були колонії астрової циркадки (Macrosteles quadrilineatus), що вирощувалися при температурі +24 градуси Цельсія на інфікованому фітоплазмами салаті та айстрі китайській. Вчені оцінювали зовнішній вигляд різушки Таля, вивчали особливості біохімічного впливу SAP05 та рівні експресії генів в клітинах рослин. Також було досліджено особливості розвитку штучно створеної трансгенної різушки Таля, яка мала стійкість до дії SAP05.
Як бактерії підкорили рослин?
Вчені виявили, що в заражених фітоплазмою рослинах секреторний білок SAP05 чинить вплив на протеасому, яка мала б розщеплювати вже непотрібні рослинам білки. Водночас SAP05 призводить до деградації білкових факторів транскрипції GATA та SPL, які контролюють точні переходи між стадіями розвитку рослин. Завдяки цьому фітоплазмам вдається перетворити рослини на свого роду «зомбі», які зупинилися на одній стадії розвитку і чиє існування суцільно підпорядковане бактеріям.
При цьому, SAP05 не впливає на білки хазяїв-комах, бо структура рослинних і тваринних білків виявилася різною. Відмінність ця полягає лише в двох амінокислотних залишках, і в дослідах з трансгенною різушкою Таля вчені змогли переконатися, що незначні зміни в рослинному геномі зможуть врятувати рослини від фітоплазм.
Крім бактерій впливати на поведінку хазяїв можуть віруси і, навіть, гриби. Однак, цей вплив не завжди є шкідливим. Вчені неочікувано виявили користь від паразитів, що полягає, зокрема, у зменшенні проявів алергії.