Некоторые инфекции растений способны не просто тормозить рост, а радикально менять саму программу развития. При заражении фитоплазмами лепестки, тычинки и другие части цветка иногда теряют привычную форму и становятся похожими на листья.

Новое исследование в Journal of Biological Chemistry объясняет один из механизмов такой перестройки. Учёные выяснили, как бактериальный белок PHYLOY вмешивается в работу растительных белков, управляющих формированием цветка.

Почему цветок начинает напоминать листья

Фитоплазмы — бактерии, которые переносятся от одного растения к другому насекомыми.

Заражение может приводить к задержке роста и серьёзным нарушениям развития. В наиболее выраженных случаях чашелистики, лепестки, тычинки и плодолистики приобретают листоподобные черты.

Такие заболевания способны поражать подсолнечник, кунжут, виноград и другие сельскохозяйственные культуры.

Последствия для урожая могут быть значительными. Например, заболевания, связанные с летальным пожелтением кокосовых пальм в Африке, сопровождались потерями до 40% в Танзании и до 20% в Гане.

Дополнительное беспокойство вызывает возможное расширение ареала насекомых-переносчиков на фоне изменения климата. Это потенциально может увеличить число регионов, где растения сталкиваются с фитоплазменными инфекциями.

Как PHYLOY нарушает развитие растения

Исследователи изучали белок PHYLOY, который производит фитоплазма Candidatus Phytoplasma asteris штамма onion yellows.

Его мишенью становятся растительные MADS-box-транскрипционные факторы. Эти белки играют ключевую роль в формировании цветка.

В норме они объединяются в комплексы, взаимодействуют с ДНК и регулируют гены, определяющие развитие отдельных цветочных органов.

PHYLOY вмешивается в эту систему. Он связывается с транскрипционными факторами и мешает им правильно формировать рабочие комплексы.

В результате молекулярные инструкции, которые должны направлять образование лепестков, тычинок и других структур, начинают работать неправильно.

Синхротрон помог раскрыть механизм

Чтобы детально изучить взаимодействие белков, команда использовала метод малоуглового рентгеновского рассеяния — SAXS.

Эксперименты проводились на линии BM29 Европейского центра синхротронного излучения в Гренобле.

Учёные наблюдали, как PHYLOY взаимодействует с тремя важными MADS-box-транскрипционными факторами.

Оказалось, что бактериальный белок способен связываться с более разнообразными комбинациями растительных регуляторов, чем считалось раньше.

Участник исследования Марк Талли отметил высокую гибкость PHYLOY. Такая особенность, вероятно, позволяет белку приспосабливаться к разным молекулярным партнёрам внутри растения, а не зависеть только от одной конкретной мишени.

Бактериальный белок действует как имитатор

Следующим этапом эксперимента стал направленный мутагенез.

Исследователи изменяли отдельные участки белков и проверяли, сохраняется ли их способность взаимодействовать друг с другом.

Так удалось определить структурные особенности, которые PHYLOY распознаёт у разных MADS-box-факторов.

По сути, бактериальный белок использует своеобразную молекулярную мимикрию. Он имитирует определённые особенности собственных регуляторных белков растения и благодаря этому вмешивается в систему управления развитием.

Когда нормальное взаимодействие транскрипционных факторов нарушается, генетическая программа формирования цветка перестаёт работать как прежде.

В итоге отдельные органы начинают приобретать характеристики листьев.

Почему открытие важно для сельского хозяйства

Руководитель исследования Хлоя Зубьета отметила, что понимание механизма действия фитоплазм в перспективе может помочь найти способы уменьшить ущерб для сельскохозяйственных культур.

Пока работа посвящена фундаментальным молекулярным процессам, а не готовому способу защиты заражённых растений.

Следующая задача команды — получить высокоразрешённую кристаллическую структуру комплекса PHYLOY с MADS-box-белками.

Исследователь Макс Нанао сообщил, что затем эти данные планируется объединить с виртуальным скринингом большого числа соединений. Цель — найти молекулы, которые потенциально смогут мешать опасному взаимодействию белков.

Что удалось выяснить

Исследование объясняет необычный симптом фитоплазменной инфекции на молекулярном уровне.

Патоген не просто повреждает ткани растения, а вмешивается в систему белков, которая определяет, каким должен стать цветок.

Это показывает, насколько точно микроорганизмы способны использовать механизмы своего хозяина в собственных интересах.

В дальнейшем понимание такой молекулярной мимикрии может стать основой для разработки новых способов защиты культур, особенно если фитоплазмы и их переносчики начнут распространяться в новых регионах.