Кражба на цветове

Някои растителни заболявания правят много повече от това да отслабят листата или да забавят растежа.

Фитоплазмите могат да нарушат развитието на растенията до такава степен, че цветовете да загубят нормалната си структура и вместо венчелистчета и други цветни органи да започнат да образуват структури, подобни на листа.

Ново изследване, публикувано в Journal of Biological Chemistry, разкрива как един конкретен белтък на фитоплазма предизвиква тази необичайна промяна. С помощта на структурни анализи със синхротронно излъчване учените показват, че бактериалният белтък PHYLOY имитира характеристики на регулаторни белтъци на самото растение и така нарушава молекулярните инструкции, които обикновено определят развитието на цвета.

Как цветът губи своята идентичност

Фитоплазмите са бактерии, които се разпространяват между растенията чрез насекоми. Последиците от заразяването могат да бъдат различни — от забавен растеж и деформации до сериозни промени в развитието.

При тежки случаи всички основни части на цвета — чашелистчета, венчелистчета, тичинки и плодници — могат да се превърнат в структури, наподобяващи листа. Сред засегнатите култури са слънчогледът, сусамът и лозата.

Проблемът има и сериозно земеделско измерение. Болестите, причинени от фитоплазми, вече са довели до значителни загуби на реколта в различни части на света. При огнища на смъртоносно пожълтяване на кокосовите палми в Африка например са отчетени загуби до 40% в Танзания и до 20% в Гана.

Учените се опасяват, че проблемът може да се разпространи в още по-широки райони, ако насекомите преносители започнат да се срещат по-на север при променящите се климатични условия.

Белтъкът, който стои зад промяната

Изследователският екип се фокусира върху белтъка PHYLOY — вид фелогенов белтък от Candidatus Phytoplasma asteris, щам onion yellows.

PHYLOY атакува група растителни белтъци, известни като транскрипционни фактори MADS-box, или MTF. Те са от ключово значение за нормалното развитие на цветовете.

Тези белтъци се обединяват в групи от по четири, свързват се с ДНК и активират гени, които определят какви цветни органи трябва да се образуват.

Когато системата работи нормално, растението получава ясни молекулярни инструкции за изграждането на цвета. PHYLOY се намесва в този процес, като се свързва с транскрипционните фактори и пречи на правилното им обединяване и функциониране.

Синхротронът разкрива механизма

За да разберат по-добре как протича взаимодействието, учените използват метод, наречен малоъглово рентгеново разсейване (SAXS), в Европейския синхротрон в Гренобъл, Франция.

Експериментите са проведени на лъчевата линия BM29 и проследяват взаимодействието на PHYLOY с три важни MADS-box транскрипционни фактора.

Резултатите показват, че PHYLOY може да взаимодейства с по-широк набор от комбинации на транскрипционни фактори, отколкото учените са предполагали досега.

Марк Тъли, учен, участвал в изследването, обяснява, че получените данни разкриват значителна гъвкавост на белтъка. Според екипа именно тази особеност може да позволява на PHYLOY да се адаптира и да взаимодейства с множество белтъци на гостоприемника, вместо да разчита само на една конкретна молекулна мишена.

Молекулярна имитация

Следващата стъпка е промяната на отделни части от белтъците чрез т.нар. сайт-насочен мутагенез.

Като променят конкретни молекулярни характеристики, изследователите успяват да блокират или да позволят взаимодействието между PHYLOY и растителните транскрипционни фактори. Така те установяват, че бактериалният белтък разпознава структурни особености, които са общи за различни MTF.

На практика PHYLOY се държи като своеобразен молекулярен имитатор. Той наподобява определени характеристики на собствените регулаторни белтъци на растението достатъчно добре, за да се намеси в системата, контролираща развитието на цвета.

Когато нормалните транскрипционни фактори вече не могат да работят правилно заедно, генетичната програма, отговорна за образуването на венчелистчета, тичинки и други цветни структури, се нарушава. В резултат те започват да се развиват с характеристики, типични за листата.

Защо откритието е важно?

Ръководителката на изследването Клоуи Зубиета обяснява, че разбирането на начина, по който фитоплазмите превземат механизмите за развитие на растението, може един ден да помогне за ограничаване на щетите върху земеделските култури.

На този етап работата е насочена към изясняване на основните молекулярни механизми, а не към непосредствено лечение на заразени растения. Следващата цел на екипа е да получи структура с висока резолюция на комплекса между PHYLOY и MADS-box белтъците.

Друг участник в проекта, Макс Нанао, посочва, че учените се надяват да комбинират тази структурна информация с високопроизводителен виртуален скрининг. Така те биха могли да потърсят съединения, които блокират взаимодействието между бактериалния белтък и растителните фактори.

Откритието не просто обяснява един необичаен симптом на растителна болест. То показва в детайли как патоген може да използва структурата на собствените белтъци на растението, за да пренапише програмата му за развитие.

Това молекулярно познание може в бъдеще да се превърне в отправна точка за нови стратегии за защита на уязвими земеделски култури, особено ако заболяванията, причинени от фитоплазми, продължат да се разпространяват в нови региони.