Раскрыт механизм самозащиты растений-паразитов для защиты урожая

Растения-паразиты – настоящая угроза для сельского хозяйства, ежегодно наносящая ущерб более чем на миллиард долларов. Они высасывают питательные вещества из культурных растений, приводя к потере урожая. Однако эти вредители обладают загадочной способностью – они почти никогда не нападают на самих себя или на близкородственные виды. Долгое время ученые лишь предполагали, что растения умеют распознавать «своих», но молекулярная основа этой самозащиты оставалась тайной.

Команда исследователей из Института науки и технологий Нары в Японии раскрыла этот механизм. Их открытие, опубликованное в журнале Science, предлагает новые стратегии для защиты сельскохозяйственных культур. По словам руководителя исследования, профессора Сатоко Ёсиды, понимание системы самораспознавания открывает путь к созданию сортов, которые растения-паразиты будут воспринимать как «родственников» и не станут атаковать.

Для вторжения в растение-хозяина паразиты используют специальный орган – гаусторию, который подключается к его сосудистой системе. Формирование этого органа запускается химическими сигналами, известными как факторы индукции гаусторий (HIF). Эти сигналы производятся из лигнина – компонента клеточных стенок всех растений. Поскольку сами паразиты тоже выделяют эти молекулы, возникал ключевой вопрос: как им удается избежать «самозаражения»?

Чтобы найти ответ, ученые изучили паразитическое растение Phtheirospermum japonicum. Они искали мутантов, неспособных к самозащите, и обнаружили один из них, названный spoh1, который формировал зачатки гаусторий на собственных корнях без каких-либо внешних стимулов, словно он больше не мог распознать себя. Генетический анализ показал, что дефект вызван мутацией в одном гене – PjUGT72B1.

Как выяснилось, этот ген кодирует фермент, который действует как молекулярный «выключатель». Внутри корней растения-паразита он присоединяет молекулу глюкозы к его собственным сигнальным молекулам HIF. Этот процесс, называемый глюкозилированием, нейтрализует сигналы, не давая им запустить формирование атакующего органа. У мутанта spoh1 этот фермент отсутствовал, что приводило к накоплению активных сигналов и, как следствие, к атаке на самого себя. Когда ученые восстановили нормальную копию гена, самоатака прекратилась, что доказало его ключевую роль в системе защиты.

Это исследование не просто разгадывает биологическую загадку, но и открывает новые горизонты для агротехнологий. Стратегии, изменяющие производство или нейтрализацию сигнальных молекул HIF, могут помочь в создании сельскохозяйственных культур, которые будут естественно отпугивать сорняки-паразиты.