Новое исследование, проведенное международной группой, в которую входят ученые из Университета Мэриленда, показывает, что белок под названием OSCA1.3 образует канал, по которому кальций проникает в клетки, окружающие поры растения, и они определили, что известный белок иммунной системы запускает этот процесс.
Полученные данные являются важным шагом на пути к пониманию защитных механизмов, которые растения используют для противодействия инфекции, что в конечном итоге может привести к получению более здоровых, устойчивых и более продуктивных культур. Статья опубликована 26 августа 2020 г. в журнале Nature.
«Это крупный прогресс, потому что значительная часть продовольствия в мире, производимого в сельском хозяйстве, теряется из-за патогенов, и теперь мы знаем молекулярный механизм, лежащий в основе одного из первых и наиболее важных сигналов иммунного ответа растений на патогены – выброса кальция. после заражения ", – сказал Хосе Фейо, профессор клеточной биологии и молекулярной генетики в UMD и соавтор исследования. «Обнаружение механизма, связанного с этим кальциевым каналом, позволяет провести дальнейшие исследования его регуляции, что улучшит наше понимание того, как модулируется активность канала, и, в конечном итоге, усиливает иммунную реакцию растений на патогены."
Поры растений, называемые устьицами, окружены двумя замыкающими клетками, которые реагируют на сигналы кальция, которые говорят клеткам расширяться или сокращаться и запускать врожденные иммунные сигналы, инициируя защитную реакцию растения. Поскольку кальций не может проходить напрямую через мембраны замыкающих клеток, ученые знали, что кальциевый канал должен работать.
Но они не знали, какой белок действует как кальциевый канал.
Чтобы найти этот белок, ведущий автор исследования Сирил Зипфель, профессор молекулярной и клеточной физиологии растений в Цюрихском университете и старший руководитель группы в лаборатории Sainsbury в Норвиче, искал белки, которые будут модифицированы другим белком, названным BIK1. какие генетические исследования и биоанализы определили как необходимый компонент иммунного ответа на кальций у растений.
При воздействии BIK1 один белок под названием OSCA1.3 трансформирован особым образом, что позволяет предположить, что это может быть кальциевый канал для растений. OSCA1.3 является членом широко распространенного семейства белков, известных как ионные каналы у многих организмов, включая человека, и, по-видимому, специфически активируется при обнаружении патогенов.
Чтобы определить,.3 был, по сути, тем кальциевым каналом, который они искали, команда Зипфеля обратилась к Фейо, который известен своими идентификациями и характеристиками новых ионных каналов и сигнальных механизмов у растений. Эрван Мичард, приглашенный научный сотрудник лаборатории Фейджо и соавтор статьи, провел эксперименты, которые показали, что BIK1 запускает OSCA1.3, чтобы открыть кальциевый канал в клетку, а также объяснил механизм, как это происходит.
BIK1 активируется только тогда, когда растение заражается патогеном, что предполагает, что OSCA1.3 открывает кальциевый канал для закрытия устьиц в качестве защитной реакции иммунной системы на патогены.
«Это прекрасный пример того, как совместные усилия лабораторий с разным опытом могут привести к важным выводам, которые могут быть затруднены при работе в одиночку», – сказал Фейджо. "Эти фундаментальные знания крайне необходимы для информирования экологии и сельского хозяйства о том, как биом будет реагировать на климатические изменения, которые переживает наша планета."
Фейо, теперь будет включать в себя эти новые знания о OSCA1.3 канал кальция в другие области исследований в его лаборатории, которая работает над пониманием того, как минеральный кальций был использован в процессе эволюции всеми живыми организмами, чтобы служить сигнальным устройством для информации о факторах стресса от инфекции до изменения климата.
«Несмотря на физиологическое и экологическое значение закрытия устьиц, идентичность некоторых из ключевых компонентов, опосредующих это закрытие, все еще оставалась неизвестной», – сказал Зипфель. «Идентификация OSCA1.3 теперь заполняет один из этих важных пробелов. В контексте иммунитета растений эта работа особенно актуальна в 2020 году, Международном году здоровья растений ООН."