Растительные паразитические нематоды наносят мировому сельскому хозяйству ущерб, который оценивают более чем в 170 млрд долларов ежегодно. Наибольшую угрозу представляют так называемые седентарные эндопаразиты – черви, которые проникают в корни растений и создают там постоянные «кормовые станции».
Новое исследование, опубликованное в журнале Crop Health, обобщает данные о том, как паразитам удаётся так тонко управлять своим хозяином. Оказалось, что нематоды научились имитировать молекулярную структуру пептидных гормонов самого растения. С помощью специального полого стилета червь впрыскивает в клетки корня белки-эффекторы, которые перепрограммируют их, превращая в специализированные фабрики по производству питательных веществ. Без этих веществ жизненный цикл паразита прерывается.
Процесс заражения происходит в несколько этапов. Личинки нематод проникают в корень, используя как механическую силу, так и набор ферментов, разрушающих клеточные стенки. На этой стадии черви подавляют иммунный ответ растения. Затем, закрепившись внутри, они переключаются на производство белков, которые имитируют гормоны, отвечающие за рост, деление клеток и защиту растения. Таким образом нематода подключается напрямую к системам управления своего хозяина.
Учёные выделили пять основных групп поддельных гормонов, которые используют паразиты. Среди них есть аналоги пептидов, контролирующих стволовые клетки, отвечающих за усвоение питательных веществ, целостность клеточных стенок и иммунитет. Например, некоторые нематоды оказались единственными известными организмами, кроме растений, способными синтезировать пептиды группы CEP. Другие научились производить аналоги гормона RALF, который позволяет манипулировать иммунной системой растения, заставляя его игнорировать вторжение.
Этот механизм, по мнению исследователей, развился в результате сочетания горизонтального переноса генов от других микроорганизмов, дупликации собственных генов и быстрой адаптации к защитным системам растений-хозяев. Понимание молекулярного обмана открывает новые возможности для защиты урожая. Учёные предлагают использовать генное редактирование, например CRISPR-Cas9, чтобы изменить рецепторы растений. В результате они перестанут распознавать фальшивые гормоны паразита, не нарушая при этом свои собственные функции. Такой подход может стать более точной и экологичной альтернативой химическим пестицидам.