Растительноядные нематоды, одни из самых опасных сельскохозяйственных вредителей, не просто питаются тканями растений, а перепрограммируют их клетки на молекулярном уровне. Обзор исследований, опубликованный в журнале Crop Health, обобщает данные о том, как паразиты заставляют корневые клетки полностью менять свою функцию и превращаться в фабрики по производству питательных веществ.
В зависимости от вида нематод механизм «взлома» различается. Галловые нематоды (Meloidogyne spp.) инициируют в клетках корня многократное деление ядер без деления самой клетки. В результате образуются гигантские многоядерные клетки, которые могут увеличиваться в объёме до 60 раз. Цистooбразующие нематоды (Globodera, Heterodera spp.) действуют иначе: они растворяют клеточные стенки соседних клеток и сливают их содержимое в единую структуру – синцитий, который может объединять более двухсот клеток.
Для управления растением нематоды используют полый ротовой стилет, через который впрыскивают в ткани жертвы коктейль из так называемых эффекторных белков. Часть этих белков – ферменты, которые размягчают клеточные стенки для проникновения. Другие, более сложные белки, проникают внутрь клеток и меняют экспрессию генов, манипулируя растительными гормонами. В частности, они локально повышают концентрацию ауксинов и цитокининов, которые отвечают за деление и рост клеток, тем самым запуская строительство питательных структур.
Одновременно нематоды подавляют иммунную систему растения. Их эффекторные белки способны нейтрализовать защитные механизмы: от блокировки выработки активных форм кислорода до предотвращения локальной гибели клеток, с помощью которой растение пытается изолировать и уничтожить паразита. Нематоды действуют с хирургической точностью, атакуя ключевые белки иммунного ответа.
Вмешательство происходит и на более глубоких уровнях. Паразиты захватывают контроль над транскрипционными факторами – белками, которые регулируют активность генов. Кроме того, они нарушают процесс сплайсинга (созревания РНК) и меняют эпигенетические метки на ДНК, перестраивая работу всего генетического аппарата клетки в свою пользу.
Понимание этих молекулярных уязвимостей открывает путь к созданию устойчивых сортов. Ученые считают перспективным редактирование генов растения с помощью технологии CRISPR/Cas, чтобы лишить нематод возможности управлять клетками. Другой подход – технология РНК-интерференции, которая может «отключать» ключевые гены самих паразитов. Авторы обзора называют происходящее молекулярной гонкой вооружений, от исхода которой во многом зависит глобальная продовольственная безопасность.