Растения, обладающие уникальной иммунной системой, иногда инициируют «аутоиммунные реакции», принимая собственные белковые структуры за патогены. В частности, «гибридный некроз» – явление, при котором потомство от скрещивания различных сортов не способно к нормальному развитию и гибнет, – долгое время представлял собой сложную задачу для ботаников, занимающихся сельским хозяйством. 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.
Ученые из Университета KAIST сообщили об использовании криоэлектронной микроскопии для определения структуры и роли белкового комплекса DM3, ответственного за инициирование аутоиммунных реакций у растений.
В данном исследовании особое внимание уделяется дефектам белковой структуры, которые, по мнению авторов, являются причиной гибридного некроза. Этот некроз возникает вследствие аномальной реакции иммунных рецепторов при скрещивании растений.
Первоначально белок DM3 функционирует как фермент, играющий роль в иммунной реакции растения. Однако, сбои возникают, когда структура DM3 нарушается под воздействием определенной комбинации белков, известной как «опасная смесь».
Один из вариантов DM3 формирует устойчивый комплекс из шести белков и идентифицируется как нормальный, не вызывая иммунного ответа. Другой вариант, напротив, характеризуется некорректным взаимодействием между этими белками, вследствие чего растение воспринимает его как патологию и инициирует иммунный ответ, приводящий к аутоиммунным процессам.
Используя криоэлектронную микроскопию с атомным разрешением, исследователи получили визуализацию этой структуры и установили, что иммунный ответ вызывается не ферментативной активностью белка DM3, а различиями в способности белков к связыванию».
Это свидетельствует о способности растений запускать иммунный ответ, идентифицируя не только внешние угрозы, но и собственные белковые компоненты, которые претерпели аномальные изменения. В ответ на такие изменения растения активируют защитные механизмы, как если бы столкнулись с патогеном.
Иммунная система растений проявляет высокую чувствительность, что позволяет ей инициировать аутоиммунные процессы при взаимодействии генов и трансформации белковых структур, происходящих во время скрещивания разных сортов. Данное исследование существенно углубило понимание генетической несовместимости, возникающей при подобном скрещивании.
Доктор Гиджон Ким, один из авторов исследования, отметил: «Международное научное сотрудничество позволило нам предложить новое понимание иммунной системы растений, опираясь на явление аутоиммунитета. В ходе работы было проведено качественное исследование, которое включает в себя структурную биохимию, генетику и клеточную биологию».
«Способность иммунной системы распознавать не только внешние инфекции, но и аномалии в структуре собственных белков, станет новым подходом в биотехнологиях и при отборе растений. По мнению ученых, структурный анализ с использованием криоэлектронной микроскопии станет ключевым методом для изучения механизмов взаимодействия генов.
Исследование было опубликовано в журнале Molecular Cell.
[Фото: ru.123rf.com]