Растения с их уникальной иммунной системой иногда запускают «аутоиммунные реакции», ошибочно идентифицируя собственные белковые структуры как патогены. В частности, «гибридный некроз» — явление, при котором растения-потомки не могут нормально развиваться и погибают после скрещивания разных сортов, — долгое время был сложной проблемой для ботаников и исследователей в области сельского хозяйства. В ответ на это международная исследовательская группа выявила механизм, вызывающий аутоиммунные реакции у растений, и предложила новую стратегию улучшения сортов, которая позволяет прогнозировать такие реакции и избегать их.
Исследовательская группа из Университета KAIST объявила, что с помощью технологии криоэлектронной микроскопии удалось выявить структуру и функцию белкового комплекса DM3, который запускает аутоиммунные реакции растений.
Это исследование привлекает внимание тем, что в нём дефекты белковой структуры названы причиной гибридного некроза, который возникает из-за аномальной реакции иммунных рецепторов при скрещивании гибридов растений.
Белок DM3 изначально является ферментом, участвующим в иммунном ответе растения, но проблемы возникают, когда структура DM3 повреждается в результате специфической комбинации белков, называемой «опасная смесь».
Примечательно, что один из вариантов DM3 образует стабильный комплекс с шестью белками и распознаётся как нормальный, то есть не вызывает иммунного ответа. В отличие от него, другой вариант имеет неправильное связывание между шестью белками, из-за чего растение распознаёт его как «ненормальное состояние» и запускает иммунную реакцию, что приводит к аутоиммунитету.
Ученые визуализировали эту структуру с помощью криоэлектронной микроскопии с атомным разрешением и выяснили, что способность вызывать иммунный ответ обусловлена не ферментативной функцией белка DM3, а «различиями в аффинности связывания белков».
Это доказывает, что растения могут инициировать иммунный ответ, распознавая не только «внешние патогены», но и «внутренние белковые структуры», когда в них происходят аномальные изменения, и реагируя на них так, как если бы они были патогенами.
Исследование показало, насколько чувствительна иммунная система растений и как она запускает аутоиммунные реакции при смешении генов и изменении белковых структур в процессе скрещивания различных сортов растений. Эта работа значительно расширила представление о генетической несовместимости, которая может возникать в процессе скрещивания сортов.
Доктор Гиджон Ким, один из авторов исследования, заявил: «Благодаря международному научному сотрудничеству мы представили новый взгляд на иммунную систему растений, используя феномен аутоиммунитета. Мы провели высококачественное исследование, которое охватывает структурную биохимию, генетику и клеточную биологию».
«Тот факт, что иммунная система может обнаруживать не только внешние патогены, но и структурные аномалии в собственных белках, станет новым стандартом для биотехнологий и стратегий селекции растений. Структурный анализ на основе криоэлектронной микроскопии станет важным инструментом для понимания сути взаимодействия генов», — заключили ученые.
Исследование было опубликовано в журнале Molecular Cell.
[Фото: ru.123rf.com]
