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.
Подобно животным, растения имеют иммунную систему. Защита растений обеспечивается иммунными рецепторами, которые позволяют им выявлять бактерии и противостоять им. Один из таких рецепторов, FLS2, помогает растениям распознавать флагеллин – белок, присутствующий в жгутиках, с помощью которых бактерии перемещаются. Однако патогены постоянно развиваются, чтобы обходить обнаружение.
«По словам Гитты Кокер, ведущего автора исследования и профессора кафедры патологии растений, бактерии находятся в состоянии постоянной эволюционной борьбы с растениями, на которых они живут, и способны модифицировать аминокислоты во флагеллине, чтобы не быть обнаруженными.
Для поддержки роста растений, специалисты Кокер использовали природные процессы в сочетании с искусственным интеллектом, а именно AlphaFold – инструмент, предназначенный для предсказания трехмерной структуры белков. Благодаря реинжинирингу FLS2, им удалось значительно усилить иммунную систему растений, повысив её способность обнаруживать патогены.
Ученые обратили внимание на рецепторы, известные своей способностью распознавать широкий спектр бактерий, включая те, что не встречаются в полезных сельскохозяйственных культурах. Анализ и сравнение этих рецепторов с более специфичными позволило исследователям установить, какие аминокислотные изменения необходимо внести.
«Нам удалось восстановить поврежденный рецептор, который был захвачен патогеном, и предоставить растению возможность противостоять инфекции более точным и целенаправленным способом», — заявил Коукер. Это создает перспективы для разработки устойчивости сельскохозяйственных культур к болезням широкого спектра действия, используя прогностический метод.
Бактериальное увядание, вызываемое Ralstonia solanacearum, представляет собой значительную опасность для сельскохозяйственных культур. Этот почвенный патоген способен поражать свыше 200 видов растений, в том числе такие важные культуры, как помидоры и картофель.
В настоящее время команда работает над созданием инструментов машинного обучения, которые помогут определить, какие иммунные рецепторы следует модифицировать в дальнейшем. Кроме того, исследователи стремятся уменьшить число аминокислот, требующих изменения. Подобная методика может быть применена для повышения эффективности других иммунных рецепторов, используя аналогичный подход.
[Фото: Amilcar Sanchez Perez / UNIVERSITY OF CALIFORNIA — DAVIS ]