Коли квіти стають листям

Деякі хвороби рослин завдають значно серйознішої шкоди, ніж просто ослаблення листя чи сповільнення росту. Фітоплазми можуть настільки кардинально порушувати розвиток, що квіти втрачають свій звичний вигляд і натомість починають утворювати структури, схожі на листя.

Нове дослідження, опубліковане в журналі *Journal of Biological Chemistry*, пояснює, як один із білків фітоплазми забезпечує це перетворення.

Використовуючи методи структурного аналізу на основі синхротронного випромінювання, вчені продемонстрували, що бактеріальний білок PHYLOY здатний імітувати властивості власних регуляторів розвитку рослини та порушувати молекулярні інструкції, які зазвичай забезпечують формування квітки.

Як квітка втрачає свою ідентичність

Фітоплазми — це бактерії, що поширюються між рослинами за допомогою комах. Наслідки їхнього впливу можуть варіюватися від карликовості до суттєвих змін у розвитку рослини. У важких випадках усі квіткові органи — чашолистки, пелюстки, тичинки та плодолистки — можуть перетворитися на структури, що нагадують листя. Від цього можуть постраждати такі культури, як соняшник, кунжут і виноград.

Наслідки для сільського господарства можуть бути серйозними. Захворювання, спричинені фітоплазмами, вже призвели до значних втрат урожаю в різних куточках світу. Наприклад, спалахи хвороби «летальне пожовтіння» кокосових пальм в Африці спричинили втрати до 40% урожаю в Танзанії та 20% — у Гані.

Дослідники також занепокоєні тим, що проблема може набути більшого поширення, оскільки комахи-переносники просуваються до північніших регіонів унаслідок зміни клімату.

Білок, що зумовлює зміни

Команда зосередилася на фітоплазмовому білку під назвою PHYLOY — білку типу «філоген» (phyllogen), виділеному зі штаму *Candidatus Phytoplasma asteris*, що викликає хворобу «жовтяниця цибулі».

Мішенню PHYLOY є група рослинних білків, відомих як транскрипційні фактори MADS-box (MTF). Ці білки відіграють вирішальну роль у нормальному розвитку квітки. Вони діють узгоджено в групах по чотири, приєднуються до ДНК і активують гени, що визначають формування конкретних органів квітки.

За нормального функціонування цієї системи рослина отримує чіткі інструкції щодо розвитку. PHYLOY втручається в ці процеси: він зв’язується з транскрипційними факторами, перешкоджаючи їхньому правильному об’єднанню та функціонуванню.

Механізм розкрито за допомогою синхротронної візуалізації

Щоб зрозуміти, як відбувається ця взаємодія, дослідники застосували метод малокутового рентгенівського розсіювання (SAXS) на базі Європейського синхротронного центру в Греноблі (Франція). Експерименти проводили на дослідницькій станції BM29, вивчаючи взаємодію PHYLOY з трьома важливими транскрипційними факторами MADS-box.

Результати засвідчили, що PHYLOY здатний взаємодіяти з ширшим спектром комбінацій транскрипційних факторів, ніж вважалося раніше.

Марк Таллі, науковець, який брав участь у дослідженні, пояснив, що отримані дані вказують на значну гнучкість цього білка. На думку дослідницької групи, саме ця гнучкість може допомагати PHYLOY адаптуватися та взаємодіяти з різними білками рослини-хазяїна, замість того щоб залежати від однієї конкретної молекулярної мішені.

Форма молекулярної мімікрії

Наступним кроком стала модифікація окремих ділянок білків за допомогою сайт-спрямованого мутагенезу.

Змінюючи певні молекулярні характеристики, дослідники могли блокувати або дозволяти взаємодію між білком PHYLOY та рослинними факторами транскрипції. Це довело, що бактеріальний білок розпізнає структурні особливості, спільні для різних MTF (MADS-box факторів транскрипції).

По суті, PHYLOY діє як молекулярний імітатор. Він настільки точно копіює властивості власних регуляторних білків рослини-хазяїна, що втручається в роботу системи, яка контролює розвиток квітки.

Коли нормальні фактори транскрипції втрачають здатність до злагодженої роботи, генетична програма, що відповідає за формування пелюсток, тичинок та інших частин квітки, порушується. У результаті ці органи розвиваються, набуваючи ознак, притаманних листкам.

Чому це відкриття важливе

Керівниця дослідження Хлоя Зубієта пояснила: розуміння того, як фітоплазми перехоплюють механізми розвитку рослин, згодом може допомогти вченим розробити способи зменшення їхнього негативного впливу на сільське господарство.

Наразі робота зосереджена на вивченні фундаментальних молекулярних механізмів, а не на пошуку безпосереднього методу лікування уражених культур. Наступна мета — визначити кристалічну структуру комплексу, утвореного білком PHYLOY та білками родини MADS-box, з високою роздільною здатністю.

Макс Нанао, ще один учасник проєкту, зазначив, що команда планує поєднати ці структурні дані з методами високопродуктивного віртуального скринінгу для пошуку сполук, здатних блокувати цю взаємодію.

Отже, отримані результати не лише пояснюють незвичний симптом у рослин. Вони розкривають, як саме патоген може використовувати архітектуру власних білків рослини-хазяїна, щоб перепрограмувати процеси її розвитку. Це розуміння молекулярних механізмів згодом може стати відправною точкою для розробки нових стратегій захисту вразливих сільськогосподарських культур в умовах поширення фітоплазмових захворювань на нові регіони.