Μετατρέπεται σε φύλλα

Ορισμένες ασθένειες των φυτών κάνουν πολύ περισσότερα από το να αποδυναμώνουν τα φύλλα ή να επιβραδύνουν την ανάπτυξη. Τα φυτοπλάσματα μπορούν να επηρεάσουν την ανάπτυξη τόσο δραματικά που τα άνθη χάνουν την κανονική τους ταυτότητα και αρχίζουν να σχηματίζουν δομές που μοιάζουν με φύλλα.

Νέα έρευνα που δημοσιεύτηκε στο Journal of Biological Chemistry εξηγεί πώς μια πρωτεΐνη φυτοπλάσματος επιτυγχάνει αυτόν τον μετασχηματισμό.

Χρησιμοποιώντας δομικές τεχνικές που βασίζονται σε σύγχροτρον, οι επιστήμονες έδειξαν ότι η βακτηριακή πρωτεΐνη PHYLOY μπορεί να μιμηθεί χαρακτηριστικά των δικών τους αναπτυξιακών ρυθμιστών του φυτού και να διαταράξει τις μοριακές οδηγίες που κανονικά δημιουργούν ένα άνθος.

Πώς ένα λουλούδι χάνει την ταυτότητά του

Τα φυτοπλάσματα είναι βακτήρια που μεταδίδονται μεταξύ των φυτών από έντομα. Οι επιπτώσεις τους μπορεί να κυμαίνονται από νανισμό έως σημαντικές αλλαγές στην ανάπτυξη των φυτών. Σε σοβαρές περιπτώσεις, τα ανθικά όργανα, συμπεριλαμβανομένων των σέπαλων, των πετάλων, των στήμονων και των καρπόφυλλων, μπορούν όλα να μετατραπούν σε δομές που μοιάζουν με φύλλα. Καλλιέργειες όπως ηλίανθος, το σουσάμι και τα αμπέλια μπορούν να επηρεαστούν.

Οι γεωργικές συνέπειες μπορεί να είναι σοβαρές. Οι ασθένειες των φυτοπλασμάτων έχουν ήδη προκαλέσει σημαντικές απώλειες σε καλλιέργειες σε διάφορα μέρη του κόσμου. Τα θανατηφόρα κρούσματα κιτρινίσματος στην καρύδα στην Αφρική, για παράδειγμα, έχουν συσχετιστεί με απώλειες έως και 40% στην Τανζανία και 20% στην Γκάνα.

Οι ερευνητές ανησυχούν επίσης ότι το πρόβλημα θα μπορούσε να γίνει πιο εκτεταμένο καθώς τα έντομα-φορείς επεκτείνονται σε βορειότερες περιοχές υπό μεταβαλλόμενες κλιματικές συνθήκες.

Η πρωτεΐνη πίσω από την αλλαγή

Η ομάδα επικεντρώθηκε σε μια πρωτεΐνη φυτοπλάσματος που ονομάζεται PHYLOY, μια πρωτεΐνη φυλλογόνου από το Candidatus Phytoplasma asteris, στέλεχος κίτρινων κρεμμυδιών.

Το PHYLOY στοχεύει σε μια ομάδα φυτικών πρωτεϊνών γνωστών ως παράγοντες μεταγραφής MADS-box ή MTF. Αυτές οι πρωτεΐνες είναι απαραίτητες για την φυσιολογική ανάπτυξη των λουλουδιών. Συνεργάζονται σε ομάδες των τεσσάρων, προσκολλώνται στο DNA και ενεργοποιούν γονίδια που καθορίζουν ποια όργανα των λουλουδιών πρέπει να σχηματιστούν.

Όταν αυτό το σύστημα λειτουργεί κανονικά, το φυτό λαμβάνει σαφείς αναπτυξιακές οδηγίες. Το PHYLOY παρεμβαίνει σε αυτές τις οδηγίες συνδεόμενο με τους παράγοντες μεταγραφής και εμποδίζοντάς τους να συναρμολογηθούν και να λειτουργήσουν σωστά.

Η απεικόνιση σύγχροτρον αποκαλύπτει τον μηχανισμό

Για να κατανοήσουν πώς συμβαίνει αυτή η αλληλεπίδραση, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν σκέδαση ακτίνων Χ μικρής γωνίας, ή SAXS, στο Ευρωπαϊκό Σύγχροτρον στη Γκρενόμπλ της Γαλλίας. Τα πειράματα πραγματοποιήθηκαν στο BM29 δέσμης δέσμης και εξέτασαν πώς η PHYLOY αλληλεπιδρά με τρεις σημαντικούς παράγοντες μεταγραφής MADS-box.

Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η PHYLOY θα μπορούσε να αλληλεπιδράσει με ένα ευρύτερο φάσμα συνδυασμών παραγόντων μεταγραφής από ό,τι είχαν αναγνωρίσει προηγουμένως οι επιστήμονες.

Ο Mark Tully, ένας επιστήμονας που συμμετείχε στη μελέτη, εξήγησε ότι τα δεδομένα αποκάλυψαν σημαντική ευελιξία στην πρωτεΐνη. Σύμφωνα με την ερευνητική ομάδα, αυτή η ευελιξία μπορεί να βοηθήσει την PHYLOY να προσαρμοστεί και να αλληλεπιδράσει με πολλαπλές πρωτεΐνες ξενιστή αντί να βασίζεται σε έναν μόνο μοριακό στόχο.

Μια μορφή μοριακής μίμησης

Το επόμενο βήμα ήταν να τροποποιηθούν μεμονωμένα μέρη των πρωτεϊνών χρησιμοποιώντας μεταλλαξιογένεση κατευθυνόμενη σε θέση.

Αλλάζοντας συγκεκριμένα μοριακά χαρακτηριστικά, οι ερευνητές θα μπορούσαν είτε να μπλοκάρουν είτε να επιτρέψουν τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ της PHYLOY και των παραγόντων μεταγραφής των φυτών. Αυτό απέδειξε ότι η βακτηριακή πρωτεΐνη αναγνωρίζει δομικά χαρακτηριστικά που μοιράζονται διαφορετικά MTFs.

Στην πραγματικότητα, το PHYLOY συμπεριφέρεται σαν μοριακός μιμητής. Μιμείται πτυχές των ρυθμιστικών πρωτεϊνών του ίδιου του φυτού ξενιστή αρκετά στενά ώστε να παρεμβαίνει στο σύστημα που ελέγχει την ανάπτυξη των ανθέων.

Μόλις οι φυσιολογικοί παράγοντες μεταγραφής δεν μπορούν πλέον να συνεργαστούν σωστά, το γενετικό πρόγραμμα που είναι υπεύθυνο για την παραγωγή πετάλων, στημόνων και άλλων δομών ανθέων διαταράσσεται. Τα όργανα στη συνέχεια αναπτύσσονται με χαρακτηριστικά που μοιάζουν με φύλλα.

Γιατί έχει σημασία το εύρημα

Η επικεφαλής της μελέτης Chloe Zubieta εξήγησε ότι η κατανόηση του πώς τα φυτοπλάσματα καταλαμβάνουν τον αναπτυξιακό μηχανισμό ενός φυτού θα μπορούσε τελικά να βοηθήσει τους ερευνητές να επινοήσουν τρόπους για να μειώσουν τον αντίκτυπό τους στη γεωργία.

Η εργασία εξακολουθεί να επικεντρώνεται σε βασικούς μοριακούς μηχανισμούς και όχι σε μια άμεση θεραπεία για μολυσμένες καλλιέργειες. Ο επόμενος στόχος είναι να επιτευχθεί μια κρυσταλλική δομή υψηλής ανάλυσης του συμπλόκου που σχηματίζεται μεταξύ του PHYLOY και των πρωτεϊνών MADS-box.

Ο Max Nanao, ένας άλλος επιστήμονας στο έργο, δήλωσε ότι η ομάδα ελπίζει να συνδυάσει αυτές τις δομικές πληροφορίες με εικονικό έλεγχο υψηλής απόδοσης για να αναζητήσει ενώσεις ικανές να μπλοκάρουν την αλληλεπίδραση. Συνεπώς, τα ευρήματα κάνουν περισσότερα από το να εξηγούν ένα ασυνήθιστο σύμπτωμα στα φυτά. Αποκαλύπτουν ακριβώς πώς ένα παθογόνο μπορεί να εκμεταλλευτεί την αρχιτεκτονική των πρωτεϊνών ενός ξενιστή για να ξαναγράψει την ανάπτυξη. Αυτή η μοριακή γνώση θα μπορούσε τελικά να γίνει το σημείο εκκίνησης για νέες στρατηγικές για την προστασία των ευάλωτων καλλιεργειών καθώς οι ασθένειες του φυτοπλάσματος εξαπλώνονται σε νέες περιοχές.