Blestemul care poate conține o vindecare

Efectorul fitoplasmei SAP05 induce mătura vrăjitoarelor în Arabidopsis. Credit: Centrul John Innes

Plantele zombie, măturile vrăjitoarelor și blestemul care poate conține un remediu.

Noul mecanism de manipulare descoperit folosit de bacteriile parazite pentru a încetini îmbătrânirea plantelor poate oferi noi modalități de protejare a culturilor alimentare amenințate de boli.

Paraziții manipulează organismele care trăiesc pe ele pentru a se potrivi nevoilor lor, uneori în moduri drastice. Când sunt sub influența unui parazit, unele plante suferă modificări ample descrise ca „zombi”. Se opresc din reproducere și servesc doar ca habitat și gazdă pentru agenții patogeni paraziți.

Până acum, s-a înțeles puțin despre modul în care se întâmplă acest lucru la nivel molecular și mecanicist.

Cercetarea este publicată de Grupul Hogenhout de la Centrul John Innes și colaboratorii de la celulă de închisoare, o moleculă manipulatoare produsă de bacteriile Phytoplasma pentru a deturna creșterea plantelor. Când se află în interiorul plantei, această proteină determină descompunerea regulatorilor cheie de creștere, rezultând o creștere anormală.

Bacteriile fitoplasmei aparțin unui grup de microbi mai cunoscuți pentru capacitatea lor de a reprograma dezvoltarea plantelor gazdă. Acest grup de bacterii este adesea responsabil pentru „mătura vrăjitoarelor” care apare în copaci, unde un număr mare de ramuri cresc una lângă alta.

Aceste creșteri dense sunt rezultatul blocării plantei într-o stare vegetativă „zombi”, incapabilă să se reproducă și astfel progresează către o stare „veșnic tânără”.

Bacteriile fitoplasmei pot provoca, de asemenea, boli devastatoare ale culturilor, cum ar fi galbenele Aster, care produc pierderi semnificative de randament atât în ​​culturile de cereale, cât și în cele din frunze, cum ar fi salata, morcovii și cerealele.

Profesorul Saskia Hugenhout, autorul corespunzător al studiului, a declarat: „Fitoplasma este un exemplu uimitor al modului în care răspândirea genelor se extinde dincolo de organismele vii pentru a influența mediile înconjurătoare.

„Descoperirile noastre aruncă o nouă lumină asupra unui mecanism molecular din spatele acestui fenotip extins într-un mod care ar putea ajuta la rezolvarea unei probleme majore pentru producția de alimente. Subliniem o strategie promițătoare pentru plantele de inginerie pentru a atinge un nivel de rezistență durabilă a culturilor împotriva fitoplasmei.”

Noile rezultate arată cum o proteină bacteriană cunoscută sub numele de SAP05 tratează plantele profitând de unele mecanisme moleculare specifice gazdei.

Acest mecanism, numit proteazom, descompune de obicei proteinele care nu mai sunt necesare în celulele vegetale. SAP05 deturnează acest proces, provocând ca proteinele vegetale importante în reglarea creșterii și dezvoltării să fie aruncate în mod eficient în centrul de reciclare moleculară.

Fără aceste proteine, creșterea plantelor este reprogramată în favoarea bacteriilor, ceea ce duce la creșterea mai multor muguri și țesuturi de plante și oprește îmbătrânirea plantelor.

Prin experimente genetice și biochimice pe o plantă model Arabidopsis thalianaÎn acest articol, echipa a detaliat rolul SAP05.

Interesant este că SAP05 se leagă direct atât de proteinele de dezvoltare a plantelor, cât și de proteozom. Legarea directă este o metodă recent descoperită pentru descompunerea proteinelor. Proteinele în care proteazele sunt pre-disociate sunt de obicei marcate cu o moleculă numită ubiquitină, dar acest lucru nu este cazul aici.

Proteinele de dezvoltare a plantelor vizate de SAP05 sunt similare cu proteinele găsite și la animale. Echipa a fost curioasă să vadă dacă SAP05 afectează și insectele care transmit bacterii de la plantă la plantă. Ei au descoperit că structura acestor proteine ​​gazdă la animale diferă suficient încât să nu interacționeze cu SAP05 și, astfel, să nu afecteze insectele.

Cu toate acestea, această investigație a permis echipei să identifice doar două Aminoacizi în subunitatea proteică necesară pentru interacțiunea cu SAP05. Cercetările lor au arătat că, în cazul în care proteinele vegetale ar fi convertite în aminoacizii găsiți în proteinele insectelor, acestea nu ar mai fi hidrolizate de SAP05, prevenind creșterea anormală a „măturii vrăjitoarelor”.

Această constatare oferă posibilitatea de a modifica doar acești doi aminoacizi în culturi, de exemplu folosind tehnici de editare genică, pentru a asigura plasticitatea durabilă a plasmei plantelor și efectele SAP05.

Referință: „Modulare parazită a evoluției gazdei prin proteoliză independentă de ubiquitină” de Weiji Huang, Alison MacLean, Akiko Sugyu, Abbas Maqbool, Marco Bucher, Shu Ting Chu, Sufian Kamon, Chih-Horeng Kou, Richard JH Emink și Saskia A. Hugenhout, 17 septembrie 2021 Disponibil aici. celulă de închisoare.
DOI: 10.1016 / j.cell.2021.08.029