Keď kvety menia listy

Niektoré choroby rastlín spôsobujú oveľa viac než len oslabenie listov či spomalenie rastu. Fytoplazmy dokážu tak výrazne narušiť vývin, že kvety strácajú svoju typickú podobu a namiesto toho začínajú vytvárať útvary pripomínajúce listy.

Nový výskum uverejnený v časopise Journal of Biological Chemistry vysvetľuje, ako jeden proteín fytoplazmy túto premenu spôsobuje.

Vedci s využitím štrukturálnych metód založených na synchrotróne preukázali, že bakteriálny proteín PHYLOY dokáže napodobňovať vlastnosti rastlinných vývinových regulátorov a narúšať molekulárne inštrukcie, ktoré za normálnych okolností zabezpečujú tvorbu kvetu.

Ako kvet stráca svoju identitu

Fytoplazmy sú baktérie šírené medzi rastlinami hmyzom. Ich účinky sa môžu pohybovať od zakrpatenia až po významné zmeny vo vývoji rastlín. V závažných prípadoch sa kvetné orgány vrátane kališných lístkov, okvetných lístkov, tyčiniek a plodníkov môžu premeniť na štruktúry pripomínajúce listy. Môže to byť postihnuté plodiny ako slnečnica, sezam a vinič.

Poľnohospodárske následky môžu byť vážne. Fytoplazmové choroby už spôsobili značné straty úrody v rôznych častiach sveta. Napríklad ohniská smrtiaceho žltnutia kokosových orechov v Afrike boli spojené so stratami až 40 % v Tanzánii a 20 % v Ghane.

Výskumníci sa tiež obávajú, že problém by sa mohol rozšíriť, keďže hmyzie vektory sa v meniacich sa klimatických podmienkach rozširujú do severnejších oblastí.

Proteín za zmenou

Tím sa zameral na fytoplazmový proteín s názvom PHYLOY, fylogénny proteín z Candidatus Phytoplasma asteris, kmeňa cibuľového žltnutia.

PHYLOY sa zameriava na skupinu rastlinných proteínov známych ako transkripčné faktory MADS-box alebo MTF. Tieto proteíny sú nevyhnutné pre normálny vývoj kvetu. Pracujú spoločne v skupinách po štyroch, pripájajú sa k DNA a aktivujú gény, ktoré určujú, ktoré kvetné orgány by sa mali vytvoriť.

Keď tento systém funguje normálne, rastlina dostáva jasné vývojové pokyny. PHYLOY tieto pokyny narúša väzbou na transkripčné faktory a bráni im v správnom zostavení a fungovaní.

Synchrotrónové zobrazovanie odhaľuje mechanizmus

Aby pochopili, ako k tejto interakcii dochádza, výskumníci použili rozptyl röntgenového žiarenia pod malým uhlom alebo SAXS na Európskom synchrotróne v Grenobli vo Francúzsku. Experimenty sa uskutočnili na lúčovej linke BM29 a skúmali, ako PHYLOY interaguje s tromi dôležitými transkripčnými faktormi MADS-box.

Výsledky ukázali, že PHYLOY môže interagovať so širšou škálou kombinácií transkripčných faktorov, ako vedci predtým uznávali.

Mark Tully, vedec zapojený do štúdie, vysvetlil, že údaje odhalili značnú flexibilitu proteínu. Podľa výskumného tímu môže táto flexibilita pomôcť PHYLOY prispôsobiť sa a interagovať s viacerými hostiteľskými proteínmi, namiesto toho, aby sa spoliehal na jeden molekulárny cieľ.

Forma molekulárnej mimikry

Ďalším krokom bolo zmeniť jednotlivé časti proteínov pomocou cielenej mutagenézy.

Zmenou špecifických molekulárnych vlastností mohli výskumníci buď blokovať, alebo povoliť interakcie medzi PHYLOY a rastlinnými transkripčnými faktormi. To preukázalo, že bakteriálny proteín rozpoznáva štrukturálne vlastnosti zdieľané rôznymi MTF.

V skutočnosti sa PHYLOY správa ako molekulárny imitátor. Napodobňuje aspekty vlastných regulačných proteínov hostiteľskej rastliny dostatočne blízko na to, aby zasahoval do systému, ktorý riadi vývoj kvetu.

Keď normálne transkripčné faktory už nedokážu správne spolupracovať, genetický program zodpovedný za produkciu okvetných lístkov, tyčiniek a iných kvetných štruktúr je narušený. Orgány sa potom vyvíjajú s charakteristikami podobnými listom.

Prečo je toto zistenie dôležité

Vedúca štúdie Chloe Zubieta vysvetlila, že pochopenie toho, ako fytoplazmy ovládajú vývojový mechanizmus rastliny, by mohlo nakoniec pomôcť výskumníkom nájsť spôsoby, ako znížiť ich vplyv na poľnohospodárstvo.

Práca sa stále zameriava skôr na základné molekulárne mechanizmy ako na okamžitú liečbu infikovaných plodín. Ďalším cieľom je získať kryštálovú štruktúru komplexu vytvoreného medzi proteínmi PHYLOY a MADS-box s vysokým rozlíšením.

Max Nanao, ďalší vedec na projekte, povedal, že tím dúfa, že spojí tieto štrukturálne informácie s vysokovýkonným virtuálnym skríningom s cieľom hľadať zlúčeniny schopné blokovať túto interakciu.

Tieto zistenia teda robia viac než len vysvetľujú nezvyčajný príznak u rastlín. Odhaľujú, ako presne dokáže patogén využiť štruktúru vlastných proteínov hostiteľa na preprogramovanie jeho vývoja. Tento molekulárny poznatok by sa v budúcnosti mohol stať východiskom pre nové stratégie ochrany ohrozených plodín v situácii, keď sa ochorenia spôsobené fytoplazmami šíria do nových oblastí.