Растения сталкиваются с различными биотическими и абиотическими стрессами во время роста и для борьбы с ними развили защитные механизмы, в том числе рецептороподобные киназы (LRR), которые воспринимают стимулы и передают сигналы для инициирования стрессовых реакций. Среди RLK богатые лейцином повторные рецептороподобные киназы (LRR-RLKs) образуют самый большой подкласс и играют решающую роль в росте, развитии и стрессовых реакциях растений. Эти белки действуют как сенсоры на поверхности клеток, обнаруживая вредные патогены и запуская защитные механизмы.
Кукуруза, важная мировая культура, уязвима для различных заболеваний, включая те, которые вызывает гриб Fusarium verticillioides, который приводит к гниению початка и стебля. Fusarium verticilloides является наиболее распространенным видом грибов, поражающим кукурузу.
Недавнее исследование, проведенное учеными из Сельскохозяйственного университета Хэбэя, было посвящено изучению семейства генов LRR-RLK кукурузы, чтобы раскрыть их роль в защите от F. verticillioides.
Исследование выявило 205 генов LRR-RLK в кукурузе, разделенных на 15 подсемейств. Эти гены были тщательно проанализированы на предмет того, как они способствуют росту, развитию и иммунным реакциям кукурузы на заражение F. verticillioides.
Команда использовала секвенирование транскриптома, метод, который измеряет уровни экспрессии генов, чтобы наблюдать, как эти гены LRR-RLK вели себя в разные моменты времени после заражения. Результаты показали, что многие гены LRR-RLK показали значительные изменения в экспрессии после инокуляции патогеном.
В частности, такие гены, как Zm00001d027645 и Zm00001d032116, продемонстрировали существенную регуляцию, что говорит об их ключевой роли в создании защиты от гриба.
Ученые также провели анализ со-экспрессии - как гены экспрессируются вместе, указывая на потенциальные функциональные связи. Этот анализ показал, что семейство генов LRR-RLK в кукурузе могло расшириться за счет дупликации генов.
Дупликация генов позволяет растениям вырабатывать специализированные рецепторы, повышая их способность распознавать и реагировать на широкий спектр патогенов. Высокая со-экспрессия, наблюдаемая в близкородственных подсемействах генов, указывает на то, что эти гены могут работать сообща, обеспечивая надежные иммунные ответы.
Наконец, исследователи провели профилирование экспрессии тканей, чтобы понять, где эти гены LRR-RLK активны в растении кукурузы. Они обнаружили значительные различия в экспрессии генов в разных тканях, подчеркивая разнообразные роли, которые эти киназы играют за пределами только иммунных ответов. Эта специфичная для тканей экспрессия предполагает, что LRR-RLK участвуют в различных физиологических процессах, что соответствует универсальности, наблюдаемой в RLK других растений, таких как модельная резуховидка Таля и пшеница.
Чтобы подтвердить потенциальную роль конкретных генов LRR-RLK в устойчивости, ученые выбрали несколько генов, которые показали заметные изменения экспрессии при инфицировании, и дополнительно исследовали их точные функции в защитных механизмах растения. Исследователи смогли нарисовать подробную картину того, как кукуруза реагирует на молекулярном уровне на атаку Fusarium verticillioides.
Этот системный подход не только расширяет знания об иммунных реакциях растений в целом, но и предлагает практические идеи для селекции кукурузы на устойчивость к болезням.
Источник: BMC Plant Biology.
Заглавное фото: Лукьянов Дмитрий, AgroXXI.ru.
