24 May 2023, 20:00 Виталина Власова

«Сладкие» белки помогают чесноку защититься от грибной инфекции

Ученые из ФИЦ Биотехнологии РАН определили, что в геноме чеснока содержится 27 генов, кодирующих белки семейства SWEET. Эти молекулы участвуют в развитии растений и их адаптации к стрессу, поскольку обеспечивают транспорт сахаров — важнейших источников энергии, между органами. Авторы также обнаружили, что некоторые из последовательностей, кодирующих белки SWEET, активируются в растениях чеснока при грибных инфекциях. Это указывает на то, что данные гены помогают растению защищаться от патогенов, а значит, их можно использовать при выведении устойчивых к инфекциям сортов чеснока.

«Сладкие» белки помогают чесноку защититься от грибной инфекции
Source: Пресс-служба ФИЦ Биотехнологии РАН

Растения на свету синтезируют углевод глюкозу, из которой впоследствии образуются фруктоза, сахароза и крахмал. Эти молекулы не накапливаются в листьях, а обычно переносятся в запасающие структуры или те органы, которые больше всего нуждаются в энергии: цветки, плоды, корни, семена. На сегодняшний день ученым известно три семейства белков, которые транспортируют сахара по растению. Одно из них — семейство SWEET — переносит большое количество разнообразных углеводов, которые необходимы для цветения и роста растений, защите от патогенов, а также адаптации к засухе, высоким и низким температурам.

Ученые Федерального исследовательского центра «Фундаментальные основы биотехнологии» РАН определили гены, кодирующие белки семейства SWEET у чеснока. Благодаря большому количеству ароматических и биологически активных соединений, чеснок используется в качестве приправы, а также для профилактики некоторых инфекций. Кроме того, зубчики чеснока накапливают углеводы, которые переносятся туда из листьев и составляют более 75% сухой массы. Это указывает на то, что растение имеет хорошо развитую систему транспорта углеводов, однако у чеснока она до сих пор оставалась не изученной.

Авторы исследовали геном чеснока и нашли в нем 27 последовательностей, соответствующих известным у других растений генам SWEET. Используя биоинформатические программы, ученые подтвердили, что все белки, кодируемые обнаруженными генами, участвуют в транспорте сахаров и сходны с белками SWEET у томата и арабидопсиса — хорошо изученных модельных растений.

Анализ последовательностей ДНК также показал, что гены SWEET чеснока содержат участки, чувствительные к фитогормонам этилену, салициловой и абсцизовой кислотам. Эти вещества вырабатываются растениями в ответ на стресс, например, при засухе, низких и высоких температурах, а также грибных заражениях.

Чтобы определить, какие из 27 выявленных последовательностей участвуют в защите чеснока от грибных инфекций, авторы сравнили активность этих генов у растений двух сортов. Первый был устойчив к заражению грибом (Fusarium proliferatum — возбудитель фузариозной гнили), а у второго — чувствительного — в присутствии патогена развивалась инфекция, вызывающая гниль корней и луковицы. Оказалось, что в ответ на воздействие грибного патогена у обоих сортов повышается активность шести генов SWEET. При этом у устойчивого сорта три из них были в 150 раз активнее, чем в случае, когда растению ничего не угрожало. 

Результаты указывают на то, что работа изученных генов может снижать чувствительность растения к грибным заболеваниям, а потому они могут использоваться при селекции новых устойчивых сортов чеснока.

News article publications

Read also

Раскрыты особенности структурной и регуляторной эволюции генов человека
Ученые Сеченовского Университета и МФТИ впервые в мире сравнили скорость регуляторной и структурной эволюции отдельных генов, а также целых молекулярных путей, в которые вовлечены продукты многих генов. Исследование открыло ранее неизвестные особенности молекулярной эволюции генов человека, что впоследствии послужит основной для новых разработок, в том числе в поиске путей лечения различных заболеваний.
Evolution
Evolutionary biology
Genetics
Molecular Biology
7 February 2024
Усовершенствованные плазмиды облегчат получение терапевтически значимых белков
Ученые из ФИЦ Биотехнологии РАН усовершенствовали конструкцию генетического вектора, с помощью которого в клетках млекопитающих можно синтезировать белки, используемые для лечения различных заболеваний, например гемофилии и бесплодия. Авторы уменьшили размер генетической конструкции на одну треть таким образом, что уровень биосинтеза модельного белка увеличился на 20%, сохранив а способность векторной плазмиды поддерживать постоянный уровень биосинтеза белков в течение 60 дней практически не изменилась.
Cell Biology
Genetics
Molecular Biology
26 November 2023
Разработан способ редактировать гены некодирующих РНК
Ученые нашли способ редактирования генов некодирующих РНК с помощью системы CRISPR/Cas9. Некодирующие РНК регулируют работу генов, участвуют в передаче сигналов внутри и между соседними клетками, а также вовлечены в развитие наследственных, инфекционных (ВИЧ, гепатиты В, С), иммунологических и опухолевых заболеваний. Полученные данные помогут разобраться в механизмах этих болезней, а также предложить новые подходы к их лечению.
Cell Biology
Genetics
Molecular Biology
27 September 2023
Нестандартные теломеры насекомых помогут понять механизмы старения
Биологи выявили, что у насекомых теломеры, находящиеся на концах хромосом и защищающие их от разрушения, — крайне разнообразны в отличие от большинства других групп живых организмов. Обычно основу теломер составляют простые повторяющиеся кусочки ДНК, так называемые мотивы, каждый длиной в 5-7 нуклеотидов — «кирпичиков» теломер. Ученые обнаружили, что теломерные мотивы пчел, ос и наездников могут иметь от 1 до 11 нуклеотидов, а у мух нуклеотидов в 10-30 раз больше. Учитывая, что изменения, которые происходят с теломерами в течение жизни, часто связывают со старением, новые данные позволят лучше понять механизмы этого процесса.
Genetics
Molecular Biology
Zoology of invertebrates
7 September 2023
Найдены общие для людей, мышей и крыс гены, связанные с депрессией
Это позволяет надеяться, что результаты испытаний новых препаратов против заболевания на животных будут воспроизводимы и на людях
Genetics
Molecular Biology
Neuroscience
20 January 2023
Раскрыт принципиально новый механизм хранения информации в ДНК
Эксперименты российского ученого показали, что для этого даже не обязательна комплементарность цепочек нуклеиновой кислоты — достаточно относительно слабых взаимодействий между ними
Genetics
Molecular Biology
Molecular modeling
19 January 2023