Возбудитель килы – паразит, уничтожающий до 10% мирового урожая капусты, рапса и других крестоцветных, – наиболее активно вредит растениям в тёмное время суток. К такому выводу пришли учёные, впервые проанализировав генетическую активность заражённых растений на протяжении полных суток. Прежние исследования проводились только днём, из-за чего ключевые механизмы болезни оставались незамеченными.
Килу вызывает одноклеточный организм Plasmodiophora brassicae. Он проникает в корни и заставляет их клетки бесконтрольно делиться и разрастаться, формируя уродливые наросты, или галлы. Эти галлы оттягивают на себя питательные вещества от листьев и стеблей, в результате чего растение останавливается в росте, увядает и погибает. Споры паразита сохраняются в почве годами, что крайне затрудняет борьбу с болезнью.
Чтобы понять, как паразит действует в разное время суток, исследователи изучили модельное растение арабидопсис, родственника капусты. С помощью РНК-секвенирования они отслеживали, какие гены в корнях активируются или подавляются днём и ночью на разных стадиях заражения. Это позволило отделить влияние самого заболевания от естественных суточных циклов растения.
Анализ показал, что ночью генетическая активность заражённого растения меняется фундаментально. Паразит подавляет работу генов, отвечающих за иммунитет и обмен веществ. Наиболее заметным открытием стал резкий всплеск так называемой РНК-модификации – процесса, который меняет «инструкции» к генам, не затрагивая саму ДНК. Этот механизм активизируется именно в тёмное время суток и, по-видимому, помогает паразиту управлять растением-хозяином.
Учёные полагают, что P. brassicae взламывает внутренние «биологические часы» растения. Он нарушает его циркадные ритмы, чтобы ослабить защиту и эффективнее получать питательные вещества. Подобную стратегию использует, например, возбудитель малярии, который синхронизирует свой жизненный цикл с суточными ритмами организма-хозяина. Растительный иммунитет против таких патогенов естественным образом усиливается ночью, и паразит, по всей видимости, научился отключать его в самый ответственный момент.
Открытие ночной активности паразита имеет большое значение для сельского хозяйства. Учитывая, что химические методы борьбы с килой ограничены, а устойчивые сорта со временем теряют эффективность, новые данные указывают на новые цели для агрономов и селекционеров. Понимание молекулярных процессов, которые патоген запускает ночью, может лечь в основу разработки более эффективных стратегий защиты урожая.