Nowe informacje na temat walki roślin z patogenami
W sytuacji, w której patogen atakuje roślinę, aktywują się jej mechanizmy obronne i dochodzi do walki na poziomie komórkowym. Komunikacja zachodząca pomiędzy komórkami umożliwia w razie potrzeby udostępnianie zasobów i informacji całemu organizmowi. W przypadku roślin za procesy komunikacji odpowiada symplast – wyjątkowy system delikatnych połączeń nazywanych plazmodesmami, przebiegających pomiędzy komórkami. Badacze uważają, że plazmodesmy stanowią najważniejsze pole bitwy między rośliną i patogenem. W czasie odpowiedzi immunologicznej rośliny regulują plazmodesmy, zamykając połączenia między komórkami, z kolei patogeny próbują zakłócać ten proces, by zapobiec odcięciu szlaków. Nie znamy jednak dokładnych przyczyn tych zachowań. Badacze finansowanego przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych(odnośnik otworzy się w nowym oknie) projektu INTERCELLAR wykorzystali szereg technik doświadczalnych oraz obliczeniowych, aby zbadać, w jaki sposób symplast wpływa na strategie zakażenia i obrony przed patogenem. „Plazmodesmalne odpowiedzi na patogeny, a także działania patogenów ukierunkowane na ich tłumienie, są wspólne dla wielu gatunków i drobnoustrojów chorobotwórczych", wyjaśnia Christine Faulkner(odnośnik otworzy się w nowym oknie), kierowniczka projektu z ramienia ośrodka John Innes Centre. „Spodziewam się, że odkrycia dokonane przez nasz zespół będą miały szerokie zastosowanie i będzie można przełożyć je także na inne gatunki".
Odkrywanie znaczenia plazmodesmów
Zespół wyszedł od postawienia hipotezy, według której rośliny zamykają plazmodesmy, aby doprowadzić do nagromadzenia hormonów obronnych w komórkach w odpowiedzi na zagrożenie ze strony patogenu. Badacze założyli także, że patogeny starają się ograniczać tę odpowiedź, by wykorzystywane w procesie zakażania białka efektorowe(odnośnik otworzy się w nowym oknie) były w stanie przedostawać się do kolejnych komórek i zacząć wpływać na ich działanie, a także po to, by zapewnić przepływ cukrów potrzebnych do podtrzymania zakażenia. Sprawdzenie słuszności tych hipotez wymagało od badaczy projektu INTERCELLAR poszukiwania zmian genetycznych w układach odpornościowym i produkcji cząsteczek w zmutowanych roślinach, które nie są w stanie zamykać plazmodesmów. W ramach prac analizowali także patogen grzybowy w poszukiwaniu białek efektorowych, które są w stanie przemieszczać się między komórkami. Analizy i poszukiwania opierały się jednak także na bardziej ukierunkowanych podejściach. Badania roślin obejmowały przyjrzenie się zmianom odpowiedzi immunologicznych w przypadku naruszenia plazmodesmów, a także wykorzystanie modeli w celu sprawdzenia, czy reakcje były spójne z rozprzestrzenianiem się sygnałów chemicznych przez te szlaki.
Niespodziewane i ważne wyniki
Dzięki przeprowadzonym badaniom naukowcy odkryli wiele białek efektorowych patogenu grzybowego, które są w stanie przemieszczać się przez plazmodesmy do niezakażonych komórek, w tym białko atakujące same plazmodesmy w celu ich otwarcia. Wyniki te wskazują, w jaki sposób manipulacja może pomagać patogenowi. Co ciekawe, choć zamknięcie plazmodesmów zwiększyło odporność na niektóre patogeny, jednocześnie zwiększyło podatność na inne czynniki chorobotwórcze. Badacze dokonali także ważnego, lecz zupełnie nieoczekiwanego odkrycia, opracowując rośliny, które pozwalały na dowolne otwieranie i zamykanie plazmodesmów. Następnie wykorzystali tę roślinę do badania odpowiedzi wapniowej – kluczowego elementu sygnalizacji układu odpornościowego rośliny. W ramach tych prac odkryli, że rozprzestrzenianie się wapnia wywołane przez czynniki stresu nie opiera się na plazmodesmach, jak sądzono dotychczas, lecz na dyfuzji aminokwasów przez ścianę komórkową. Oznacza to, ze większość współczesnych modeli wyjaśniających rozprzestrzenianie się fal wapniowych w roślinach jest prawdopodobnie niepoprawna – wspierają one hipotezę zaproponowaną w 1926 roku przez Ubaldo Riccę(odnośnik otworzy się w nowym oknie) dotyczącą transmisji sygnałów stresowych między komórkami. „Nieoczekiwane odkrycia dotyczące fal wapniowych podważają istniejące modele i przekonania, jednocześnie prowadząc do wielu nowych pytań dotyczących transmisji sygnałów w roślinach”, dodaje Faulkner.
Nowy paradygmat komunikacji między komórkami roślin
Zespół laboratorium Faulknera zamierza kontynuować te badania, jednak w związku z rezultatami uzyskanymi w toku prac badacze zmienią nieco główne obszary zainteresowania. „Niektóre kierunki badań już teraz prowadzą nas w stronę odpowiedzi, które nie skupiają się wyłącznie na plazmodesmach”, zauważa Faulkner. „To oznacza naprawdę ekscytujące możliwości badania zupełnie nowych obszarów wiedzy”.
