Ученые из Калифорнийского университета в Дэвисе использовали искусственный интеллект, чтобы помочь растениям распознавать более широкий спектр бактериальных угроз, что может привести к разработке новых способов защиты таких культур, как помидоры и картофель, от разрушительных болезней. Исследование было опубликовано в журнале Nature Plants.
Растения, как и животные, обладают иммунной системой. В состав их защитных средств входят иммунные рецепторы, которые позволяют обнаруживать бактерии и защищаться от них. Один из этих рецепторов, называемый FLS2, помогает растениям распознавать флагеллин — белок, содержащийся в крошечных хвостиках, которые бактерии используют для плавания. Но патогены коварны и постоянно эволюционируют, чтобы избежать обнаружения.
«Бактерии ведут гонку вооружений со своими растениями-хозяевами, и они могут изменять основные аминокислоты во флагеллине, чтобы избежать обнаружения», — говорит ведущий автор Гитта Кокер, профессор кафедры патологии растений.
Чтобы помочь растениям не отставать, команда Кокер обратилась к использованию естественных изменений в сочетании с ИИ — в частности, к AlphaFold, инструменту, разработанному для прогнозирования трехмерной формы белков, и реинжинирировала FLS2, существенно улучшив иммунную систему растений, чтобы ловить больше злоумышленников.
Команда ученых сосредоточилась на рецепторах, которые, как уже известно, распознают большее количество бактерий, даже если они не были обнаружены в полезных видах сельскохозяйственных культур. Сравнив их с рецепторами более узкой направленности, исследователи смогли определить, какие аминокислоты следует изменить.
«Мы смогли восстановить поврежденный рецептор, в котором победил патоген, и дать растению шанс противостоять инфекции гораздо более целенаправленным и точным способом», — сказал Коукер. Это открывает возможности для развития устойчивости сельскохозяйственных культур к болезням широкого спектра действия с использованием прогностического подхода.
Одной из целей исследователей является серьезная угроза для сельскохозяйственных культур: Ralstonia solanacearum, причина бактериального увядания. Некоторые штаммы почвенного патогена могут поражать более 200 видов растений, включая такие основные культуры, как помидоры и картофель.
Сейчас команда разрабатывает инструменты машинного обучения, позволяющие предсказать, какие иммунные рецепторы стоит изменить в будущем. Ученые также пытаются сузить количество аминокислот, которые необходимо изменить. Этот подход может быть использован для улучшения восприятия других иммунных рецепторов по аналогичной стратегии.
[Фото: Amilcar Sanchez Perez / UNIVERSITY OF CALIFORNIA - DAVIS]
