Odporność roślin opiera się na połączeniu dwóch mechanizmów obronnych
Rośliny wykrywają zakażenie za pomocą dwóch rodzajów receptorów immunologicznych: jedne znajdują się na powierzchni komórek, a drugie w ich wnętrzu. Receptory powierzchniowe wykrywają cząsteczki pochodzące od patogenów, które gromadzą się w przestrzeni między komórkami rośliny, i aktywują pierwszą linię obrony rośliny, nazywaną odpornością aktywowaną przez wzorzec (ang. pattern-triggered immunity, PTI). Receptory wewnątrzkomórkowe wykrywają białka efektorowe bakterii, które wnikają do komórek rośliny, by tłumić reakcję obronną gospodarza i pomóc patogenowi przetrwać. Mechanizm obronny, który występuje w takim przypadku, nazywa się odpornością aktywowaną przez efektor (ang. effector-triggered immunity, ETI). Dotychczas naukowcy skupiali się głównie na PTI, czyli odporności wywoływanej przez receptory powierzchniowe, rzadko badając odpowiedź zależną wyłącznie od receptorów wewnątrzkomórkowych. Ponadto nie udało im się dokładnie opisać oddziaływań między tymi dwoma mechanizmami odpornościowymi. Badacze wspierani przez finansowane ze środków UE projekty ImmunityByPairDesign i PERFECTION odkryli, że wspomniane szlaki immunologiczne nie są w stanie samodzielnie zapewnić skutecznej ochrony przed bakteriami. Jednak gdy oba mechanizmy są aktywne równocześnie, atak bakterii jest odpierany. Zespół badaczy dokonał tego przełomowego odkrycia, analizując mechanizm ETI bez indukowania odpowiedzi PTI. W tym celu zmodyfikowano roślinę modelową Arabidopsis thaliana (rzodkiewnik pospolity), by umożliwić użycie związku chemicznego, który wywoła produkcję białek efektorowych wewnątrz komórek tej rośliny. Białka te pochodziły od patogennej bakterii o nazwie Pseudomonas syringae. „Układ oparty na indukowanych efektorach opracowaliśmy, by badać odpowiedź ETI bez interferencji ze strony mechanizmu PTI. Jednak uzyskane wyniki wydawały się nieprawidłowe, ponieważ efekty samodzielnego działania ETI były słabsze niż oczekiwaliśmy. Następnie przywróciliśmy w układzie mechanizm PTI i wszystko nagle stało się jasne”, powiedział Bruno Pok Man Ngou, badacz w brytyjskim ośrodku The Sainsbury Laboratory (TSL) będącym gospodarzem projektu, w artykule opublikowanym w witrynie internetowej TSL.
Co dwa mechanizmy to nie jeden
Żaden z tych dwóch mechanizmów odpornościowych nie jest w stanie samodzielnie zapewnić roślinie odpowiedniej ochrony, jednak gdy działają razem i nawzajem się wzmacniają, wywołują silną reakcję obronną na patogen. Mówiąc dokładniej, gdy receptory zlokalizowane na powierzchni komórki rozpoznają patogen, aktywują wiele kinaz białkowych i oksydaz fosforanu dinukleotydu nikotynoamidoadeninowego (NADPH) – istotnych elementów odpowiedzi rośliny na ataki ze strony patogenu. Zespół odkrył, że gdy z kolei receptory wewnątrzkomórkowe wykryją obecność efektorów patogenu, zwiększają ilość kinaz białkowych i oksydaz NADPH, wykorzystując do tego różne mechanizmy. Natomiast superczuła odpowiedź ETI, która zależy od receptorów wewnątrzkomórkowych, jest znacznie wzmacniana przez aktywację receptorów powierzchniowych. Jonathan Jones, profesor i starszy pracownik naukowy w TSL, powiedział: „Możliwość dołączenia do wspaniałego zespołu współautorów i praca nad tym istotnym projektem były dla mnie zaszczytem. Mechanizmy odpornościowe aktywowane przez receptory powierzchniowe i przez receptory wewnątrzkomórkowe (odpowiednio PTI i ETI) naukowcy rozróżnili już 15 lat temu, jednak od tego czasu nie udało się ustalić, jak te reakcje obronne oddziałują na siebie nawzajem ani jak przebiega odpowiedź ETI przy braku PTI”. Omawiane prace przyczynią się do pogłębienia wiedzy naukowej na temat odporności roślin i pomogą w hodowli silniejszych, bardziej odpornych na choroby odmian. Wyniki badania zostały opublikowane w czasopiśmie „Nature”. Projekt PERFECTION (Probing mechanisms of pathogen effector recognition by plant Resistance proteins to elevate defence gene activation) dobiegł końca w 2018 roku. Sześcioletni projekt ImmunityByPairDesign (Design and redesign of a plant immune receptor complex) zakończy się we wrześniu 2021 roku. Więcej informacji: projekt ImmunityByPairDesign projekt PERFECTION
Słowa kluczowe
ImmunityByPairDesign, PERFECTION, receptor, roślina, komórka, patogen, odporność, odporność aktywowana przez wzorzec, odporność aktywowana przez efektor, fosforan dinukleotydu nikotynoamidoadeninowego
