Почвы полны микробами, в том числе патогенными для растений. Для защиты от них на поверхности корней есть особые пограничные клетки, которые борются с патогенными микробами в то время, как корни проникают в почву в поиске воды и питания. Как идет борьба микробов с корнями, исследовали ученые из США. Результаты исследования они опубликовали в журнале PLOS Pathogens, сообщает пресс-служба редакции.
Почвенная бактерия R. solanacearum вызывает смертельное для многих видов растений увядание. От него страдают и экономически важные культуры — картофель, томаты и бананы. R. solanacearum по запаху находят корни растений, проникают в них через раны или естественные отверстия, размножаются и разрушают систему доставки воды в листьях и стеблях, приводя растение к увяданию и гибели.
Для изучения взаимодействия этих вредных микробов с корнями растений Кейтилин Аллен (Caitilyn Allen) из университета Висконсин в Мэдисоне (США) с коллегами использовала горох и томаты. Ученые выяснили, что пограничные клетки корней гороха и томата в ответ на атаку микроба производят дополнительную порцию ДНК, чтобы создать липкие ловушки, которые опутывают микробов. Ученые подсчитали, что примерно четверть залипших бактерий гибнут в этих ловушках. Так что антибактериальная активность растения зависит от выброса ДНК за пределы клеток и гистона H4 — связанного с ДНК белком, входящего в растительные и животные клетки.
Когда ученые поэкспериментировали с корнями тех же видов и безвредными бактериями, никакого дополнительного ДНК не вырабатывалось. То есть эта реакция — специальная защита против вредителей.
Чтобы определить специфичные сигналы патогенов, которые действуют против клеточных ловушек в корнях, ученые изучили штаммы R. solanacearum с мутациями в некоторых генах, кодирующих подозрительные сигналы. Два штамма с мутациями в генах, которые образуют хвост бактерии, похожий на пропеллер, не смогли вызвать образование ловушек. То есть этот жгутик бактерии не распознается растением-хозяином как опасный сигнал.
Геном R. solanacearum содержит два гена (nucA и nucB), которые кодируют эндонуклеазы — своеобразные молекулярные ножницы, которые могут отрезать молекулы ДНК и измельчать их. Обе эндонуклеазы содержат сигналы, которые заставляют бактериальную клетку выпускать их в окружающую среду. Ученые протестировали способность этих эндонуклеаз разрушить ловушки, расставленные корнями растений. Для этого они создали мутанта R. solanacearum без одного или без обоих nuc-генов. Оказалось, что в то время как обычные микробы легко избегают ловушек корней гороха, мутантные микробы в них попадают.
Мутантные бактерии также лишены способности внедряться в корни томатов, которые в природе служат их естественными хозяевами. Если же добавить чистые нуклеазы (NucA, NucB или небактериальную версию DNase I), то бактерии избегают ловушек. Это означает, что патогены используют нуклеазы, чтобы избежать ловушек, расставленных пограничными клетками корнями хозяев-растений.
