Демонстрация того, что регуляторный белок, связанный со стрессовыми реакциями растений, также служит главным переключателем для иммунитета к патогенам, может помочь селекционерам создать более устойчивые к вредителям и климатическим условиям культуры.

Открытие, сделанное под руководством КАУСТА, предполагает, что вместо того, чтобы сосредотачиваться на отдельных иммунных сигналах, участвующих в защите растений, ученые-аграрии, стремящиеся внедрить устойчивые стратегии защиты растений, могли бы просто сосредоточить свои усилия на этом единственном важнейшем белке.

"Идентификация OXI1 как единственного молекулярного переключателя иммунитета дает ряд больших преимуществ в молекулярной селекции", - говорит руководитель исследования Хериберт Хирт, профессор растениеводства в KAUST.

Открытие Хирта находилось в процессе разработки почти два десятилетия. В 2004 году он и его коллеги впервые идентифицировали ген под названием OXI1 — сокращение от киназы, индуцирующей окислительный сигнал 1, - который имеет решающее значение для реакции растений на стресс окружающей среды.

В течение следующих 18 лет Хирт и другие затем связали OXI1 с различными аспектами иммунитета и роста растений, но было не совсем ясно, как белок проявляет свои биологические эффекты. И хотя ученые подробно описали, каким образом три ключевых метаболита, связанных с иммунитетом, - салициловая кислота (SA), N—гидроксипипеколевая кислота (NHP) и камалексин - способствуют защите от патогенов, их связь с передачей сигналов OXI1 была неизвестна.

Потребовались усилия Хирта и Анамики Рават, постдокторанта-исследователя в его лаборатории, чтобы соединить точки. Исследователи создали мутантные формы растений арабидопсиса, у которых либо отсутствовала функция OXI1, либо была повышена экспрессия регуляторного белка. Вместе с коллегами из Германии и Франции они затем всесторонне проанализировали паттерны активности генов, содержание белка и уровни метаболитов в этих растениях.

Коллективно исследователи показали, как OXI1 запускает несколько генов, которые способствуют синтезу SA, NHP и камалексина. Накопление этих трех молекул, стимулирующих иммунитет, затем обеспечивает большую защиту от патогенов растений.

Но дополнительный иммунитет, вызванный активностью OXI1, имеет свою цену: это приводит к задержке роста растений, которые проявляют большую склонность к гибели клеток. Растения с более низким уровнем ОКСИ1, хотя и более восприимчивы к заражению бактериальными и грибковыми вредителями, как правило, растут крупнее, с более активным фотосинтетическим механизмом.

Поэтому разработчикам сельскохозяйственных культур придется найти правильный баланс активности OXI1 для их сельскохозяйственного применения. Как протеинкиназа, OXI1 должен поддаваться манипуляциям, указывает Хирт.

Уже существуют десятки низкомолекулярных препаратов, нацеленных на киназу, которые широко используются в медицине человека. По его словам, знания, полученные в результате разработки этих агентов, теперь должны быть использованы при разработке модуляторов OXI1 для улучшения урожая.

Выводы группы опубликованы в журнале New Phytologist.