Линкерный гистон устраняет пробелы в знаниях об иммунитете растений

09.06.2023

395

Анна КИСЛЕКОВА, «ГлавАгроном»

Ежегодно во всем мире из-за патогенной инфекции теряется до 30% урожая сельскохозяйственных культур. Понимание того, как сделать растения более устойчивыми к инфекциям, жизненно важно для обеспечения продовольственной безопасности в будущем.

Растения сталкиваются с постоянными изменениями в своем гомеостазе, поэтому у них развились сложные механизмы для борьбы с внешними абиотическими и биотическими стрессами. После распознавания запускаются последующие сигнальные ответы.

Фото:glavagronom.ru

Исследователи установили критическую роль линкерного гистонового белка, называемого H1, во время иммунных ответов растений на бактериальные и грибковые инфекции.

«Предыдущие исследования растений арабидопсиса показали, что H1 важен для роста и развития», — говорит Аршид Шейх, который работал над проектом с Герибертом Хиртом и его коллегами. «Известно, что линкерные гистоны регулируют инфекцию у животных, но их роль в иммунитете растений никогда не изучалась».

В клетках животных и растений основные единицы, называемые нуклеосомами, содержат ДНК, обернутую вокруг белкового комплекса, и имеют решающее значение для регуляции генетической информации. Отдельные нуклеосомы связаны линкерной ДНК. Линкерный гистон H1 удерживает выход/вход линкерной ДНК наподобие зажима, регулируя таким образом раскручивание и гибкость нуклеосом.

«У таких растений, как арабидопсис , мы находим три изоформы H1», — говорит Шейх. ‒ Обычно H1 подавляет экспрессию генов, включая защитные гены иммунной системы».

Иллюстрация модельного растения Arabidopsis. Генетический материал представлен в виде хроматина, который состоит из ДНК, обернутой вокруг гистонового белкового комплекса в клетках. Линкерный гистон H1 модулирует иммунитет растения против патогенов. © 2023 КАУСТ; Аршид Шейх

Команда исследовала мутантные растения арабидопсиса , у которых были поражены все три изоформы H1. Они выращивали растения дикого типа и мутантные растения в контролируемых условиях, а затем заражали их либо бактериальным патогеном Pseudomonas syringae , либо грибковым патогеном Botrytis cinerea . Через три дня сравнили тяжесть инфекции между различными группами растений.

«Мутантные растения были устойчивы как к бактериальным, так и к грибковым инфекциям по сравнению с растениями дикого типа», — говорит Шейх. «У нокаутированного мутанта были более высокие уровни экспрессии защитных генов и гормона иммунного ответа салициловой кислоты».

Однако, исследуя роль H1 дальше, команда была удивлена, обнаружив, что растениям-мутантам не хватало способности к защите. Другими словами, при воздействии небольшой дозы патогена через некоторое время после первоначального заражения растения не проявляли усиленного иммунного ответа. Как и вакцинация, прививка растения небольшой дозой патогена может повысить его иммунитет. Отсутствие защитного прайминга у мутантных растений предполагает, что H1 играет критическую роль в прайминге.

«Эти фундаментальные знания могут помочь создать умные культуры, устойчивые к нескольким инфекционным агентам одновременно», — говорит Хирт. «Однако это исследование также служит предостережением о том, что важно изучать как прямые, так и косвенные эффекты данной мутации в генетически модифицированных растениях».