Японские ученые из Центра науки об устойчивых ресурсах RIKEN сделали прорывное открытие, которое может кардинально изменить подходы к защите растений и ведению сельского хозяйства. Они идентифицировали древний иммунный белок-рецептор, названный «SCORE», способный распознавать беспрецедентно широкий спектр бактерий и других патогенов. Это открытие создает основу для разработки новых, более устойчивых сортов сельскохозяйственных культур.
Белок SCORE был впервые выделен из помело и обладает уникальной способностью распознавать так называемые «белки холодового шока». Эти белки присутствуют более чем у 85% известных видов бактерий, а также у грибков и даже насекомых, что делает их идеальной мишенью для иммунной системы растений. Ученые обнаружили SCORE в ходе масштабного геномного исследования, проанализировав более 1300 белков-кандидатов из 350 различных видов растений.
Исключительность SCORE заключается в его эволюционной гибкости. Белок прошел долгий путь «настройки», позволяя растениям адаптироваться к различным микробным угрозам в своей среде обитания. Исследователи выяснили, что даже незначительные изменения в структуре белка могут изменять его способность связываться с патогенами, что открывает невероятные возможности для генной инженерии.
Команда смогла искусственно модифицировать белок SCORE из помело, «научив» его распознавать белки опасных сельскохозяйственных патогенов, таких как бактерии родов Ralstonia, Erwinia и Xanthomonas. Такие спроектированные рецепторы не только расширяют защитный арсенал растений, но и обещают долгосрочную устойчивость, поскольку нацелены на консервативный участок белка патогена, который вряд ли изменится без потери жизнеспособности.
Происхождение SCORE уходит корнями к последнему общему предку всех цветковых растений. Это означает, что он широко распространен среди агрономически важных культур, включая рис, пшеницу, оливы и бамбук. Такое широкое филогенетическое распространение предоставляет обширный генетический ресурс для улучшения иммунитета даже у тех видов, для которых ранее не существовало передовых молекулярных инструментов.
Последствия этого открытия для устойчивого сельского хозяйства огромны. Инфекции, вызываемые патогенами, являются одной из главных причин снижения урожайности и потерь урожая во всем мире, угрожая глобальной продовольственной безопасности. Внедрение модифицированных вариантов SCORE в сельскохозяйственные культуры позволит защитить их от широкого спектра болезней, снизить зависимость от химических пестицидов и создать более устойчивые агроэкосистемы.
Ведущий исследователь Кен Ширасу подчеркивает: «Наши результаты представляют собой новый план для обнаружения и проектирования иммунных рецепторов, особенно у многолетних древесных растений, которые традиционно с трудом поддавались генетическим манипуляциям». Его коллега, Ясухиро Кодата, добавляет, что обширные естественные вариации белка «отражают многократную адаптивную тонкую настройку к разнообразным патогенным средам», что и лежит в основе универсальности SCORE.
Следующим шагом станет внедрение синтетических вариантов белка в экономически важные культуры и проведение полевых испытаний. Ведущий автор работы Бруно Пок Ман Нгоу видит будущее, в котором «спроектированные рецепторы SCORE обеспечат прочную, широкую устойчивость с минимальными затратами для самого растения». Подобные инновации могут стать новой парадигмой в защите урожая, особенно в условиях роста мирового населения и климатической нестабильности.