Badanie wykazało, że receptory roślinne kontrolujące odporność i wzrost mają wspólne pochodzenie

Rośliny stale rozwijają nowe receptory odpornościowe dla ciągle zmieniających się patogenów. Naukowcy z Centrum Nauki o Zrównoważonych Zasobach RIKEN (CSRS) prześledzili pochodzenie i ścieżkę ewolucji roślinnych receptorów odpornościowych. Ich odkrycie ułatwi identyfikację genów receptorów odpornościowych na podstawie informacji genomicznych i może pomóc w opracowaniu upraw odpornych na patogeny. Badanie to zostało opublikowane w Komunikacja przyrodnicza.

Podobnie jak u zwierząt, rośliny posiadają odpowiedź immunologiczną, która pomaga im bronić się przed patogenami, takimi jak wirusy, bakterie, grzyby i grzyby. Zanim będzie można powstrzymać najeźdźców, należy ich najpierw wykryć, co osiągają receptory rozpoznające wzorce na powierzchni komórek roślinnych. Zdolność tych receptorów do wykrywania wzorców molekularnych związanych z patogenami zależy od dwóch typów białek, zwanych RLP i RLK, z których oba mogą zawierać powtórzenia bogate w leucynę, czyli sekcje, w których leucyna aminokwasowa pojawia się wielokrotnie.

Aby prześledzić ewolucję odporności roślin, międzynarodowy zespół badawczy kierowany przez Kena Shirasu i Yasuhiro Kadotę z RIKEN CSRS zbadał liczbę i wzorce receptorów. Przeanalizowali ponad 170 000 genów kodujących RLK i około 40 000 genów kodujących RLP, które uzyskali z publicznie dostępnych danych dotyczących 350 gatunków roślin. Odkryli, że RLK i RLP z powtórzeniami bogatymi w leucynę są najliczniejszym typem receptora wśród wszystkich gatunków roślin i stanowią około połowę RLK i 70% RLP.

Wiadomo, że w regionach RLP i niektórych regionach RLK występuje specjalny region wyspiarski niezbędny do rozpoznawania części patogenów. Badanie przeprowadzone przez zespół RIKEN CSRS ujawniło, że wśród RLP zawierających powtórzenia bogate w leucynę ten konkretny region prawie zawsze znajdował się w tym samym miejscu; Pomiędzy czwartym a piątym powtórzeniem, które jest bogate w leucynę. Stwierdzono, że te RLP są powiązane z odpowiedziami immunologicznymi. Zespół odkrył również, że region wyspiarski znajduje się w tym samym miejscu w niektórych RLK, z których prawie wszystkie należą do grupy funkcjonalnej regulującej wzrost i rozwój.

Analiza porównawcza wykazała, że ​​sekwencja czterech powtórzeń poniżej obszaru wyspowego była bardzo podobna w przypadku obu typów detektorów białek, co sugeruje, że mają one wspólne pochodzenie ewolucyjne. W szczególności te cztery zestawy powtórzeń leucyny zawierają sekcje niezbędne do związania się z tym samym koreceptorem, zwanym BAK1. Oznacza to, że RLP związane z odpornością i RLK związane z rozwojem odziedziczyły zdolność wiązania BAK1 od wspólnego przodka.

„Co ciekawe, odkryliśmy, że wymiana czterech regionów bogatych w leucynę powtórzeń między tymi receptorami nie zakłóca ich funkcji” – mówi Bruno Pok Man Njo, który przeprowadził badanie. Stworzenie receptora hybrydowego poprzez połączenie RLK związanego ze wzrostem i RLP związanego z odpornością zaowocowało receptorem hybrydowym, który rozpoznaje patogeny i stymuluje odpowiedzi immunologiczne i związane ze wzrostem. Oznacza to, że naukowcy powinni być w stanie zaprojektować receptory o nowych funkcjach poprzez zamianę tych modułów.

W badaniu tym zajęto się początkami odporności roślin na poziomie molekularnym i wykazano, że jednoczesna analiza informacji z wielu genomów roślin może umożliwić bezpośrednie i dokładne przewidywanie genów zaangażowanych w odporność i wzrost roślin.

„Obecnie izolujemy receptory odpornościowe z różnych roślin, korzystając z tych informacji, z myślą o praktycznych zastosowaniach, takich jak opracowanie w przyszłości upraw odpornych na choroby” – mówi Shirasu.