В исследовании, опубликованном в журнале Science, группа ученых под руководством профессора Е Цзяня из Института микробиологии Китайской академии наук выявила первый механизм устойчивости цитрусовых к болезни позеленения цитрусовых, или хуанлунбину (Huanglongbing, HLB).
Используя искусственный интеллект (ИИ), команда также разработала антимикробные пептиды, которые предлагают многообещающий терапевтический подход к борьбе с болезнью.
Во-первых, это открытие решает давнюю проблему в сельскохозяйственном сообществе - отсутствие естественных генов устойчивости к HLB у цитрусовых.
Болезнь позеленения цитрусовых является одной из самых разрушительных болезней растений в современном сельском хозяйстве, ежегодно нанося убытки в миллиарды долларов. Болезнь, в первую очередь вызываемая бактерией Candidatus Liberibacter asiaticus (CLas), распространяется азиатской цитрусовой листоблошкой (Diaphorina citri).
Без известного лечения HLB опустошила миллионы гектаров цитрусовых в 50 странах Азии, Африки, Америки и Европы, что делает ее «100-летней болезнью» из-за ее глубокого воздействия и сложности искоренения. Все коммерческие сорта цитрусовых восприимчивы, и после заражения деревья обычно погибают в течение нескольких лет.
Для решения этой проблемы исследователи определили ключевой путь устойчивости, включающий фактор транскрипции MYC2 и взаимодействующую с ним лигазу E3, PUB21.
Изучая виды цитрусовых и их дальних родственников из семейства рутовых, они обнаружили паралоги PUB21 у Bergera koenigii (растение карри) и Zanthoxylum bungeanum (растение сычуаньского перца).
Эти паралоги кодируют доминантно-негативную форму PUB21 (PUB21DN), имеющую важную мутацию в остатке 39, которая подавляет активность PUB21. Это подавление стабилизирует белок MYC2 и значительно усиливает защитные пути и продукцию антибактериальных метаболитов, обеспечивая иммунитет к HLB. Трансгенные цитрусовые растения, сконструированные для сверхэкспрессии PUB21DN, продемонстрировали повышенную устойчивость к заболеванию.
Основываясь на этих естественных механизмах устойчивости, исследователи использовали технологию скрининга на основе ИИ для стабилизации MYC2 путем ингибирования активности PUB21.
Благодаря этому подходу они идентифицировали группу антипротеолитических пептидов (APP), включая APP3-14, которые показали многообещающие результаты как в тепличных, так и в полевых испытаниях. APP3-14 не только эффективно контролировал патоген CLas, но и нарушал передачу заболевания, достигая эффективности контроля до 80% за один сезон.
Этот прорыв обеспечивает двойную выгоду: разработку пептидов, обладающих лекарственными свойствами, для экологически чистых биопестицидов, и новую стратегию борьбы с некультивируемыми патогенами посредством целенаправленной стабилизации белков.
Расшифровка естественной устойчивости к болезни позеленения цитрусовых и разработка лечения болезни с помощью искусственного интеллекта. Источник: группа Е Цзяня.
Во-вторых, та же стратегия может помочь в борьбе с другими болезнями растений, вызываемыми трудно культивируемыми патогенами, такими как гриб ржавчины кукурузы и бактерия Xylella fastidiosa, которая поражает оливки, а на винограде вызывает бактериоз болезнь Пирса.
Нацеливая свое внимание на патогенные эффекторы и стабилизируя иммунные белки хозяина, это исследование прокладывает путь к инновационным решениям в области устойчивости к болезням у различных культур, открывая новую надежду на глобальную устойчивость сельского хозяйства.
Источник: Chinese Academy of Sciences.
Заглавное фото: Медведева Анна, AgroXXI.ru.
