Molekulární „poplašný“ systém, který chrání rostliny před predátory

18.9.2020 |

O některých rostlinách, jako je např. sója, je známo, že disponují vrozenou obranyschopností, která jim pomáhá rozvíjet odolnost proti hmyzím škůdcům. Přesný způsob, jakým tyto rostliny rozpoznávají hmyzí signály, byl dosud neznámý. Japonští vědci ve své nové studii objevili buněčnou signalizační dráhu, která rostlinám pomáhá vycítit signály nebezpečí a vyvolat obrannou reakci. Tento objev otevírá dveře nesčetným využití v zemědělství.

V přírodě musí být každý živý organismus vybaven určitou strategií, která mu umožňuje přežít v nebezpečných situacích. Rostliny mají vrozené systémy, které se spouštějí v reakci na konkrétní hrozbu, jakou je např. zmíněný hmyz. Některé rostliny vnímají specifické chemické látky v orálním sekretu hmyzu, tzv. „od býložravců odvozené signály nebezpečí“ ("herbivore-derived danger signals", HDS). To aktivuje kaskádu reakcí v obranném aparátu rostliny, což vede k vytvoření určité rezistence vůči škůdcům.

Ve studii publikované v časopisu Communications Biology se tým vědců z několika japonských výzkumných institucí (Tokijská univerzita vědy, Univerzita Ehime, Univerzita Okajama, Tokijská Univerzita a Výzkumný ústav biotechnologií Iwate) pod vedením prof. Gen-ichiro Arimury pokouší vysvětlit přesný mechanismus, jak systémy HDS fungují.

Vědci se zaměřili na studium membránových proteinů zvaných „receptorové kinázy“ (RLK), které se nacházejí v sójových listech. Studii založili na předchozích poznatcích o rostlinách jako je huseníček, tabák a vigna čínská, kde RLK hrají velkou roli v systémech HDS. „Vědci se již roky snaží pochopit molekulární mechanismus odolnosti rostlin, ale „senzory“ zapojené do rozpoznávání hmyzích škůdců stále nejsou známy. Chtěli jsme tedy podrobně porozumět těmto mechanismům," komentuje prof. Arimura.

Vědci se nejprve zabývali geny RLK ze sóji, které byly strukturně a funkčně podobné zkoumaným genům RLK, o nichž je známo, že spouštějí obrannou reakci díky rozpoznání specifických oligosacharidů. Odhadovali, že vzhledem k těmto podobnostem mohou geny sóji také vykazovat podobný mechanismus rezistence, a pomocí genetické analýzy objevili 15 takových genů.

Na základě tohoto zjištění dále vědci laboratorně vytvořili 15 druhů huseníčku, přičemž každý z nich exprimoval pouze jeden z 15 genů sóji. Při testování jednotlivých rostlin huseníčku pomocí orálních sekretů škůdců odhalili geny pro dvě nové RLK (GmHAK1 a GmHAK2), které vykazovaly specifickou obrannou reakci. Tato zjištění byla nová, neboť role GmHAK1 a GmHAK2 v systémech sójových HDS nebyla nikdy dříve odhalena.

Když se vědci hlouběji zabývali mechanismem těchto regulačních faktorů u huseníčku, zjistili, že do signalizační dráhy jsou zapojeny další dva proteiny - homology HAK a PBL27 (hrají roli v intracelulární signalizaci). Tím se potvrdilo to, co vědci původně očekávali: sója a huseníček využívají při reakci na nebezpečí podobné mechanismy.

V zemědělství je velmi důležité vyvinout účinné strategie pro hubení škůdců, aby nedocházelo ke zbytečným ztrátám. Japonští vědci učinili obrovský krok tímto směrem díky odhalení významného buněčného mechanismu, který spouští obrannou reakci rostlin. Manipulace s tímto vrozeným buněčným systémem může pomoci vědcům podněcovat vývoj nových zemědělských produktů a tím ulehčit život farmářům.

Prof. Arimura na závěr dodává: „Bylo náročné najít nové metody hubení škůdců, které jsou účinné a žádným způsobem nepoškozují ekosystém. Naše studie nabízí potenciální řešení tohoto problému odhalením podrobností o tom, jak si určité rostliny samy vytvářejí rezistenci.“

Zdroje:

http://www.isaaa.org/kc/cropbiotechupdate/article/default.asp?ID=18114

https://www.tus.ac.jp/en/mediarelations/archive/20200508_0912.html