Biljke neprestano razvijaju nove imunološke receptore za patogene koji se stalno menjaju. Istraživači u RIKEN centru za nauku o održivim resursima (CSRS) su pratili poreklo i evolucionu putanju biljnih imunoloških receptora. Njihovo otkriće će olakšati identifikaciju gena imunih receptora iz genomskih informacija i moglo bi pomoći u razvoju useva otpornih na patogene. Ova studija je objavljena u časopisu Nature Communications.
Kao i kod životinja, biljke imaju imuni odgovor koji im pomaže u odbrani od patogena kao što su virusi, bakterije, gljive i oomicete. Pre nego što se napadači mogu zaustaviti, oni prvo moraju biti otkriveni, a to se postiže pomoću receptora za prepoznavanje obrazaca koji se nalaze na površini biljnih ćelija. Sposobnost ovih receptora da otkriju molekularne obrasce povezane sa patogenima zavisi od dve vrste proteina, nazvanih RLP i RLK, od kojih oba mogu sadržati ponavljanja bogata leucinom — delove u kojima se aminokiselina leucin pojavljuje više puta.
Da bi pratili evoluciju biljnog imuniteta, međunarodni istraživački tim predvođen Kenom Širasuom i Jasuhirom Kadotom iz RIKEN CSRS ispitao je brojeve i obrasce receptora. Oni su analizirali preko 170.000 gena koji kodiraju RLK i oko 40.000 gena koji kodiraju RLP, koje su dobili iz javno dostupnih podataka uzetih iz 350 biljnih vrsta. Otkrili su da su RLK i RLP sa ponavljanjima bogatim leucinom bili najzastupljeniji tipovi receptora među svim biljnim vrstama, čineći skoro polovinu RLK i 70% RLP.
Poznato je da RLP i neki RLK sadrže poseban region ostrva koji je ključan za prepoznavanje delova patogena. Istraživanje RIKEN CSRS tima otkrilo je da se među RLP-ovima koji sadrže reprize bogate leucinom, ovaj poseban region skoro uvek nalazio na istom mestu; između 4. i 5. ponavljanja bogata leucinom. Utvrđeno je da su ovi RLP povezani sa imunološkim odgovorima. Tim je takođe otkrio da se region ostrva nalazi na istoj poziciji u nekim RLK-ovima, od kojih skoro svi pripadaju funkcionalnoj grupi koja reguliše rast i razvoj.
Komparativna analiza je pokazala da je sekvenca četiri ponavljanja ispod regiona ostrva bila veoma slična između dva tipa detektora proteina, što sugeriše da imaju zajedničko evoluciono poreklo. Konkretno, ova četiri seta ponavljanja leucina sadržavala su delove potrebne za vezivanje za isti ko-receptor, nazvan BAK1. To znači da su RLP-ovi povezani sa imunitetom i RLK-ovi povezani sa rastom nasledili sposobnost vezivanja BAK1 od zajedničkog pretka.
„Intrigantno, otkrili smo da razmena četiri regiona ponavljanja bogatih leucinom među ovim receptorima nije poremetila njihovu funkcionalnost“, kaže Bruno Pok Man Ngou, koji je sproveo studiju. Stvaranje hibridnog receptora kombinovanjem RLK-a povezanog sa rastom sa RLP-om koji je povezan sa imunitetom rezultiralo je hibridnim receptorom koji je prepoznao patogene i indukovao imune i odgovore vezane za rast. To znači da bi naučnici trebalo da budu u stanju da konstruišu receptore sa novim funkcijama zamenom tih modula.
Ova studija se bavila poreklom biljnog imuniteta na molekularnom nivou, pokazujući da istovremena analiza informacija iz više biljnih genoma može omogućiti direktno i precizno predviđanje gena uključenih u imunitet i rast biljaka.
„Trenutno izolujemo imunološke receptore iz različitih biljaka koristeći ove informacije, sa ciljem praktičnih primena kao što je razvoj useva otpornih na bolesti u budućnosti“, kaže Širasu.
