Zrádný protein

Některé choroby rostlin dokážou udělat mnohem víc než jen oslabit listy nebo zpomalit růst. Fytoplazmy mohou natolik narušit vývoj rostliny, že květy ztratí svou běžnou podobu a místo nich začnou vytvářet struktury podobné listům.

Nový výzkum publikovaný v časopise Journal of Biological Chemistry vysvětluje, jak tohoto přeměnění dosahuje jeden z proteinů fytoplazmy.

Pomocí strukturních metod založených na synchrotronovém záření vědci ukázali, že bakteriální protein PHYLOY dokáže napodobovat vlastnosti vlastních vývojových regulátorů rostliny a narušovat molekulární pokyny, které za normálních okolností řídí tvorbu květu.

Jak květ ztratí svou identitu

Fytoplazmy jsou bakterie, které se mezi rostlinami šíří prostřednictvím hmyzu. Jejich působení může sahat od zakrslého růstu až po výrazné změny ve vývoji rostlin. V závažných případech se květní orgány včetně kališních lístků, okvětních lístků, tyčinek a plodolistů mohou přeměnit ve struktury připomínající listy. Postiženy mohou být například slunečnice, sezam nebo vinná réva.

Důsledky pro zemědělství mohou být vážné. Fytoplazmová onemocnění již způsobila značné ztráty úrody v různých částech světa. Například epidemie smrtícího žloutnutí kokosových palem v Africe byly spojeny se ztrátami až 40 % v Tanzanii a 20 % v Ghaně.

Vědci se také obávají, že problém by mohl být rozšířenější, pokud se v důsledku měnících se klimatických podmínek začnou přenašeči těchto bakterií šířit do severnějších oblastí.

Protein, který stojí za touto změnou

Tým se zaměřil na fytoplazmový protein s názvem PHYLOY, konkrétně na protein phyllogen z druhu Candidatus Phytoplasma asteris, kmene onion yellows.

PHYLOY cílí na skupinu rostlinných proteinů známých jako transkripční faktory MADS-box neboli MTF. Tyto proteiny jsou nezbytné pro normální vývoj květu. Spolupracují ve čtveřicích, vážou se na DNA a aktivují geny, které určují, jaké květní orgány se vytvoří.

Když tento systém funguje normálně, rostlina dostává jasné pokyny pro svůj vývoj. PHYLOY do těchto instrukcí zasahuje tím, že se váže na transkripční faktory a brání jim ve správném sestavení a fungování.

Synchrotronové zobrazování odhaluje mechanismus

Aby vědci pochopili, jak tato interakce probíhá, použili metodu malého úhlu rentgenového rozptylu, známou jako SAXS, v Evropském synchrotronu ve francouzském Grenoblu. Experimenty probíhaly na měřicí linii BM29 a zkoumaly, jak PHYLOY interaguje se třemi důležitými transkripčními faktory MADS-box.

Výsledky ukázaly, že PHYLOY dokáže interagovat s širším spektrem kombinací transkripčních faktorů, než vědci dříve předpokládali.

Mark Tully, vědec zapojený do studie, vysvětlil, že data odhalila značnou flexibilitu tohoto proteinu. Podle výzkumného týmu může tato flexibilita pomáhat proteinu PHYLOY přizpůsobovat se různým hostitelským proteinům a interagovat s nimi namísto spoléhání se na jediný molekulární cíl.

Forma molekulárního napodobování

Dalším krokem bylo pozměnění jednotlivých částí proteinů pomocí cílené mutageneze.

Změnou konkrétních molekulárních vlastností mohli vědci interakce mezi PHYLOY a rostlinnými transkripčními faktory buď zablokovat, nebo naopak umožnit. To ukázalo, že bakteriální protein rozpoznává strukturální vlastnosti společné různým MTF.

PHYLOY se tak v podstatě chová jako molekulární napodobitel. Napodobuje určité vlastnosti vlastních regulačních proteinů hostitelské rostliny natolik přesvědčivě, že narušuje systém řídící vývoj květu.

Jakmile normální transkripční faktory přestanou správně spolupracovat, naruší se genetický program zodpovědný za tvorbu okvětních lístků, tyčinek a dalších květních struktur. Orgány pak získávají vlastnosti podobné listům.

Proč je tento objev důležitý

Vedoucí studie Chloe Zubieta vysvětlila, že pochopení způsobu, jakým fytoplazmy ovládají vývojový mechanismus rostlin, by v budoucnu mohlo vědcům pomoci najít způsoby, jak omezit jejich dopad na zemědělství.

Výzkum se zatím zaměřuje na základní molekulární mechanismy, nikoli na okamžitou léčbu napadených plodin. Dalším cílem je získat vysoce detailní krystalovou strukturu komplexu vytvořeného mezi PHYLOY a proteiny MADS-box.

Max Nanao, další vědec zapojený do projektu, uvedl, že tým chce tyto strukturní informace spojit s vysokokapacitním virtuálním screeningem a hledat látky schopné tuto interakci zablokovat.

Výsledky tedy nevysvětlují pouze neobvyklý příznak onemocnění rostlin. Odhalují také, jak přesně může patogen využít strukturu vlastních proteinů hostitele a přeprogramovat jeho vývoj.

Tento molekulární poznatek by se v budoucnu mohl stát základem nových strategií na ochranu ohrožených plodin v době, kdy se fytoplazmová onemocnění šíří do nových oblastí.