Kad cvjetovi postanu lišće

Neke biljne bolesti čine mnogo više od pukog slabljenja lišća ili usporavanja rasta. Fitoplazme mogu toliko drastično poremetiti razvoj da cvjetovi gube svoja uobičajena obilježja i umjesto toga počinju stvarati strukture nalik na listove.

Novo istraživanje objavljeno u časopisu *Journal of Biological Chemistry* objašnjava kako jedan protein fitoplazme postiže tu preobrazbu.

Koristeći strukturne tehnike temeljene na sinkrotronu, znanstvenici su pokazali da bakterijski protein PHYLOY može oponašati značajke biljnih razvojnih regulatora i poremetiti molekularne upute koje inače dovode do stvaranja cvijeta.

Kako cvijet gubi svoj identitet

Fitoplazme su bakterije koje kukci prenose s jedne biljke na drugu. Njihov utjecaj može varirati od patuljastog rasta do velikih promjena u razvoju biljke. U teškim slučajevima, cvjetni organi – uključujući čaške, latice, prašnike i plodnice – mogu se preobraziti u strukture nalik listovima. To može pogoditi kulture poput suncokreta, sezama i vinove loze.

Poljoprivredne posljedice mogu biti ozbiljne. Bolesti uzrokovane fitoplazmama već su dovele do znatnih gubitaka uroda u različitim dijelovima svijeta. Primjerice, epidemije bolesti „smrtonosnog žutila” kokosove palme u Africi povezane su s gubicima koji dosežu i do 40 % u Tanzaniji te 20 % u Gani.

Istraživači također strahuju da bi se problem mogao proširiti jer kukci prenositelji (vektori) zbog promjena klime prodiru u sjevernija područja.

Protein koji uzrokuje promjenu

Tim se usredotočio na protein fitoplazme pod nazivom PHYLOY – protein tipa *phyllogen* iz soja *Candidatus Phytoplasma asteris* koji uzrokuje žutilo luka.

PHYLOY djeluje na skupinu biljnih proteina poznatih kao transkripcijski faktori MADS-box (MTF). Ti su proteini ključni za normalan razvoj cvijeta. Djeluju zajedno u skupinama od po četiri, vežu se za DNK i aktiviraju gene koji određuju koji će se cvjetni organi razviti.

Kada taj sustav funkcionira normalno, biljka prima jasne upute za razvoj. PHYLOY ometa te upute vezanjem za transkripcijske faktore, čime sprječava njihovo pravilno povezivanje i funkcioniranje.

Snimanje sinkrotronom otkriva mehanizam

Kako bi razumjeli način na koji dolazi do te interakcije, istraživači su primijenili metodu raspršenja rendgenskih zraka pod malim kutom (SAXS) u Europskom sinkrotronskom centru u Grenobleu (Francuska). Pokusi su provedeni na mjernoj liniji BM29, pri čemu se proučavalo kako PHYLOY stupa u interakciju s trima važnim transkripcijskim faktorima MADS-box.

Rezultati su pokazali da PHYLOY može stupiti u interakciju sa širim rasponom kombinacija transkripcijskih faktora nego što su znanstvenici prethodno utvrdili.

Mark Tully, znanstvenik koji je sudjelovao u istraživanju, objasnio je da podaci otkrivaju znatnu fleksibilnost tog proteina. Prema navodima istraživačkog tima, ta fleksibilnost može pomoći proteinu PHYLOY da se prilagodi i stupi u interakciju s više proteina domaćina, umjesto da ovisi o jednoj molekularnoj meti.

Oblik molekularne mimikrije

Sljedeći korak bio je promijeniti pojedinačne dijelove proteina korištenjem usmjerene mutageneze.

Promjenom specifičnih molekularnih značajki, istraživači su mogli blokirati ili dopustiti interakcije između PHYLOY-a i biljnih transkripcijskih faktora. To je pokazalo da bakterijski protein prepoznaje strukturne karakteristike koje dijele različiti MTF-ovi.

U stvari, PHYLOY se ponaša poput molekularnog imitatora. Oponaša aspekte vlastitih regulatornih proteina biljke domaćina dovoljno blisko da ometa sustav koji kontrolira razvoj cvijeta.

Nakon što normalni transkripcijski faktori više ne mogu pravilno raditi zajedno, genetski program odgovoran za proizvodnju latica, prašnika i drugih struktura cvijeta je poremećen. Organi se tada razvijaju s karakteristikama sličnim listovima.

Zašto je ovo otkriće važno

Voditeljica studije Chloe Zubieta objasnila je da bi razumijevanje kako fitoplazme otimaju razvojni mehanizam biljke na kraju moglo pomoći istraživačima da osmisle načine za smanjenje njihovog utjecaja na poljoprivredu.

Rad je još uvijek usmjeren na osnovne molekularne mehanizme, a ne na trenutni tretman zaraženih usjeva. Sljedeći cilj je dobiti kristalnu strukturu visoke rezolucije kompleksa nastalog između PHYLOY-a i MADS-box proteina.

Max Nanao, još jedan znanstvenik na projektu, rekao je da se tim nada kombinirati te strukturne informacije s virtualnim probirom visoke propusnosti kako bi tražio spojeve sposobne blokirati interakciju.

Stoga ovi nalazi čine više od pukog objašnjenja neuobičajenog simptoma na biljkama. Oni otkrivaju na koji način patogen može iskoristiti arhitekturu proteina samog domaćina kako bi preusmjerio proces razvoja. Taj bi molekularni uvid s vremenom mogao poslužiti kao polazište za nove strategije zaštite osjetljivih usjeva, s obzirom na to da se bolesti uzrokovane fitoplazmama šire na nova područja.