Boala care schimbă florile

Unele boli ale plantelor fac mai mult decât să slăbească frunzele sau să încetinească dezvoltarea. Iată un agent patogen poate transforma florile în structuri asemănătoare frunzelor.

Unele boli ale plantelor pot perturba atât de puternic dezvoltarea acestora, încât florile își pierd identitatea normală și încep să formeze structuri asemănătoare frunzelor.

Un nou studiu publicat în Journal of Biological Chemistry explică modul în care o proteină produsă de un fitoplasmă provoacă această transformare. Folosind tehnici structurale bazate pe radiație sincrotron, cercetătorii au arătat că proteina bacteriană PHYLOY poate imita anumite caracteristici ale regulatorilor de dezvoltare ai plantei și poate perturba instrucțiunile moleculare care controlează formarea unei flori.

Iși pierde floarea identitatea

Fitoplasmele sunt bacterii răspândite între plante de insecte. Efectele lor pot varia de la nanism până la modificări majore ale dezvoltării. În cazurile severe, organele florale, inclusiv sepalele, petalele, staminele și carpelele, se pot transforma în structuri care seamănă cu frunzele. Printre culturile afectate se numără floarea-soarelui, susanul și vița-de-vie. Consecințele pentru agricultură pot fi importante.

Bolile provocate de fitoplasme au dus deja la pierderi considerabile de culturi în diferite regiuni ale lumii. De exemplu, focarele de îngălbenire letală a palmierului de cocos din Africa au fost asociate cu pierderi de până la 40% în Tanzania și 20% în Ghana. Cercetătorii se tem, de asemenea, că problema s-ar putea extinde pe măsură ce insectele care transmit aceste bacterii ajung în regiuni mai nordice, pe fondul schimbărilor climatice.

Proteina din spatele schimbării

Echipa s-a concentrat asupra unei proteine fitoplasmatice numite PHYLOY, o proteină phyllogen produsă de Candidatus Phytoplasma asteris, tulpina onion yellows. PHYLOY țintește un grup de proteine vegetale cunoscute drept factori de transcripție MADS-box, sau MTF. Aceste proteine sunt esențiale pentru dezvoltarea normală a florilor.

Ele funcționează împreună în grupuri de câte patru, se leagă de ADN și activează genele care determină ce tipuri de organe florale trebuie să se formeze. În mod normal, acest sistem transmite plantei instrucțiuni clare privind dezvoltarea. PHYLOY perturbă procesul prin legarea de factorii de transcripție și împiedicarea asamblării și funcționării lor corecte.

Imaginile sincrotronului explică mecanismul

Pentru a înțelege are loc această interacțiune, cercetătorii au folosit împrăștierea razelor X la unghiuri mici, cunoscută sub denumirea SAXS, la European Synchrotron din Grenoble, Franța. Experimentele au fost realizate pe linia de fascicul BM29 și au analizat modul în care PHYLOY interacționează cu trei factori importanți de transcripție MADS-box.

Rezultatele au arătat că PHYLOY poate interacționa cu o gamă mai largă de combinații ale factorilor de transcripție decât se credea anterior. Mark Tully, unul dintre oamenii de știință implicați în studiu, a explicat că datele au evidențiat o flexibilitate considerabilă a proteinei.

Potrivit echipei de cercetare, această flexibilitate ar putea permite proteinei PHYLOY să se adapteze și să interacționeze cu mai multe proteine ale plantei-gazdă, în loc să se limiteze la o singură țintă moleculară.

O formă de mimetism molecular

Următorul pas a constat în modificarea unor componente individuale ale proteinelor, folosind mutageneza dirijată. Prin schimbarea anumitor caracteristici moleculare, cercetătorii au putut bloca sau permite interacțiunile dintre PHYLOY și factorii de transcripție ai plantei. Acest lucru a demonstrat că proteina bacteriană recunoaște caracteristici structurale comune mai multor factori MTF.

Practic, PHYLOY acționează ca un imitator molecular. Proteina reproduce anumite caracteristici ale proteinelor reglatoare proprii plantei, suficient de bine pentru a perturba sistemul care controlează dezvoltarea florilor.

Când factorii de transcripție normali nu mai pot funcționa împreună în mod corespunzător, programul genetic responsabil pentru producerea petalelor, staminelor și a celorlalte structuri florale este afectat. În consecință, organele florale ajung să se dezvolte cu caracteristici asemănătoare frunzelor.

De ce este importantă descoperirea

Chloe Zubieta, coordonatoarea studiului, a explicat că înțelegerea modului în care fitoplasmele preiau controlul asupra mecanismelor de dezvoltare ale plantelor ar putea ajuta, în cele din urmă, la găsirea unor metode pentru reducerea impactului lor asupra agriculturii. Deocamdată, cercetarea se concentrează asupra mecanismelor moleculare de bază și nu oferă un tratament imediat pentru culturile infectate.

Următorul obiectiv este obținerea unei structuri cristalografice de înaltă rezoluție a complexului format între PHYLOY și proteinele MADS-box. Max Nanao, un alt cercetător implicat în proiect, a spus că echipa speră să combine aceste informații structurale cu screeningul virtual de mare capacitate pentru a identifica substanțe capabile să blocheze interacțiunea.

Descoperirea nu explică doar un simptom neobișnuit al plantelor. Ea arată un agent patogen poate exploata structura proteinelor proprii plantei pentru a modifica procesul de dezvoltare. Această perspectivă moleculară ar putea deveni, în viitor, punctul de plecare pentru noi strategii de protejare a culturilor vulnerabile, pe măsură ce bolile provocate de fitoplasme ajung în regiuni noi.