Molekularne cele wzmacniające odporność roślin
Rośliny są nie tylko podstawowym źródłem pożywienia, ale także pomagają regulować klimat i zapewniają środowisko życia dla różnych gatunków. Zapewnienie zdrowia roślin ma zatem kluczowe znaczenie dla ogólnego samopoczucia ludzi. Na tym właśnie skupił się projekt DeCaETI, który badał rolę wapnia w odporności roślin. Chociaż wapń pomaga wyzwalać reakcje obronne przeciwko wykrytym patogenom, dokładne środki, za pomocą których ta odpowiedź jest regulowana, wciąż nie zostały dobrze zrozumiane. „Chcieliśmy dowiedzieć się więcej o tym, w jaki sposób sygnalizacja wapniowa jest bezpośrednio aktywowana przez roślinne receptory wiążące nukleotydy bogate w leucynę (NLR)” — wyjaśnia Yuxiang Jiang(odnośnik otworzy się w nowym oknie), obecnie profesor na Pekińskim Uniwersytecie Leśnictwa(odnośnik otworzy się w nowym oknie) i członek finansowanego ze środków UE projektu DeCaETI. Te roślinne NLR są wewnątrzkomórkowymi receptorami immunologicznymi, które w pierwszej kolejności wykrywają ataki patogenów. „Wyjaśnienie tego specyficznego związku między percepcją patogenów przez NLR a inicjacją sygnalizacji wapniowej ma zasadnicze znaczenie dla zrozumienia wczesnych etapów silnej odpowiedzi immunologicznej” — dodaje Jiang.
Dynamika wapnia a wewnątrzkomórkowe receptory immunologiczne
Projekt DeCaETI, koordynowany przez Laboratorium Pingtao Dinga(odnośnik otworzy się w nowym oknie) w Instytucie Biologii w Lejdzie(odnośnik otworzy się w nowym oknie) na Uniwersytecie w Lejdzie(odnośnik otworzy się w nowym oknie) i korzystający ze wsparcia programu działania „Maria Skłodowska-Curie”(odnośnik otworzy się w nowym oknie), miał na celu rzucenie nowego światła na to powiązanie. „Chcieliśmy rozszyfrować dynamikę wapnia aktywowaną przez te wewnątrzkomórkowe receptory immunologiczne (NLR) i scharakteryzować rolę NLR w wytwarzaniu sygnatur wapnia” — wyjaśnia Jiang. „Pragnęliśmy również zidentyfikować kalmoduliny (białka wiążące wapń) i inne białka reagujące na wapń, które dekodują te sygnatury wapnia podczas aktywacji immunologicznej, w której pośredniczą NLR”. W tym celu Jiang zastosował kilka zaawansowanych technik. Na przykład, aby zobrazować dynamikę wapnia w komórkach pod wpływem bodźców odpornościowych, wraz ze współpracownikami skonstruowali marker, który jednocześnie pokazywał tę dynamikę w jądrze i cytozolu. „Skupiliśmy się na konkretnej grupie NLR, a mianowicie pomocniczych NLR” — mówi Jiang. „Odkryliśmy, że różne pomocnicze NLR mogą indukować ekspresję genów odporności w różnych punktach czasowych, co odzwierciedla zarówno przestrzenne, jak i czasowe właściwości regulacyjne wrodzonej odporności roślin, a tym samym umożliwia roślinie przyjęcie stopniowej strategii obrony”.
Wspieranie zdrowia roślin za pomocą pomocniczych NLR
Odkrycia te mogą mieć ważne implikacje dla sposobu, w jaki wspieramy zdrowie roślin, a pomocnicze NLR stanowią ważny cel dla wzmacniania odpowiedzi immunologicznej. „Identyfikując potężny, uniwersalny cel, badania te mogą bezpośrednio przyczynić się do rozwoju inteligentnej hodowli roślin” — zauważa Jiang. „Pomocnicze NLR działają jako centralne wzmacniacze odpowiedzi immunologicznej roślin. Dostarczając dowodów na to, że są one kluczowym punktem dźwigni, umożliwiamy strategie, które mogłyby zwiększyć odporność na choroby o szerokim spektrum działania”. Na przykład hodowcy mogliby wykorzystać edycję genów nowej generacji (taką jak ulepszony CRISPR, edytowanie pierwotne) lub selekcję wspomaganą markerami w celu optymalizacji pomocniczych genów NLR, aby stworzyć rośliny uprawne o silniejszej, trwalszej odporności wrodzonej. Zmniejszyłoby to również zależność od chemicznych pestycydów i zwiększyło stabilność plonów.
Zastosowanie odkryć do kluczowych upraw
Kolejne etapy obejmują przełożenie odkryć projektu z laboratorium na pole. „Przede wszystkim chcielibyśmy zastosować nasze odkrycia w kluczowych uprawach, takich jak pomidory i jęczmień, wykorzystując techniki edycji genów do zaprojektowania zoptymalizowanych pomocniczych NLR” — dodaje Jiang. W przygotowaniu jest również program przesiewowego badania związków chemicznych mający na celu identyfikację i rozwój związków małocząsteczkowych, które mogą bezpiecznie i skutecznie stymulować aktywność pomocniczych NLR. „To podwójne podejście: hodowla genetyczna i innowacje agrochemiczne, zapewni praktyczne narzędzia do wzmocnienia odporności upraw, zmniejszenia zależności od pestycydów i włączenia tych rozwiązań do zrównoważonych praktyk rolniczych” — mówi Jiang.
