Според изследователи от Австралийския национален университет (ANU) в сътрудничество с учени от Германия и САЩ откриването на мощно „оръжие“, използвано от много гъбички, причиняващи болести, за заразяване и унищожаване на основни хранителни култури като ориз и царевица, може да предложи нови стратегии за укрепване на глобалната продоволствена сигурност.
Подобно на хората, много гъби разчитат на растенията като източник на храна. Това оказва влияние върху добива на хранителни култури. Изчислено е, че всяка година фермерите губят между 10 и 23 % от реколтата си заради гъбични заболявания.
Световният изследователски екип открива, че ензим, известен като „NUDIX хидролаза“, се използва от много гъбични патогени като оръжие за причиняване на болести по растенията. Откритията са публикувани в Science.
Като разкриват ролята на този ензим при заразяването на растенията, изследователите смятат, че могат да създадат по-устойчиви оризови култури, както и други овощни и зеленчукови култури, способни да се предпазват от болести.
Откритията могат да помогнат за повишаване на продоволствената сигурност в страните, където оризът и царевицата са основни стоки. По данни на Министерството на земеделието на САЩ оризът е основната храна за повече от половината от населението на света.
„Голяма част от работата ни беше съсредоточена върху патогенната гъба Magnaporthe oryzae, която причинява болестта „оризов взрив“. Оризът е критично важна основна храна, а загубите от оризовия взрив могат да изхранват 60 милиона души всяка година“, казва доцентът от ANU Саймън Уилямс.
Водещият автор д-р Карл Маккомб, който е завършил тази работа като част от докторската си дисертация в ANU, заяви, че причиняващият болестта ензим може да проникне в растителните клетки и да атакува ключова сигнална молекула, участваща в засичането на фосфат - жизненоважен хранителен елемент, необходим за оцеляването на растенията.
Той каза, че ензимът „превзема“ ключови молекулярни пътища и заблуждава растението, че има недостиг на фосфат, като активира подобна на гладуване реакция в растението. Това позволява на патогена да заобиколи естествените защитни механизми на имунната система и да причини заболяване на културата.
„В сътрудничество с колеги от Австралийската организация за ядрена наука и технологии успяхме да разкрием подробно структурата на ензима с помощта на техника, наречена рентгенова кристалография“, казва д-р Маккомб, който сега е постдокторант в Калифорнийския технологичен институт (Caltech).
„Разбирането на това как изглежда ензимът ни даде изключително важна информация за това как той се използва от патогените за атакуване на растенията.“
Доцент Уилямс, който ръководи приноса на изследователския екип на ANU в тази работа, заяви, че освен за проектирането на нови култури с турбозаредена имунна система, резултатите от изследването могат да помогнат на учените да открият нови начини за деактивиране на „отвличащия ефект“ на ензима, подобно на включването и изключването му като ключ за осветление.
„Нашето изследване също така разкрива, че хидролазата NUDIX се използва като „оръжие“ от много различни гъбички, включително такива, които са отговорни за причиняването на болестта антракноза при плодови, зеленчукови и семенни култури. Тези болести оказват влияние върху производството на храни като манго, пъпеши, царевица и нахут - продукти, които австралийците ползват ежедневно“, казва той.
„Това предполага, че работата ни има значение и за опазването на други важни основни плодове и зеленчуци.“
Доцент Уилямс заяви, че откритията предлагат пътна карта за разработване на нови стратегии за управление на болестите.
„Това би могло да включва инженеринг на имунната система на растението, за да открива ензима или да блокира неговата функция. Това би могло да помогне на фермерите да защитят своите култури и да осигурят световните доставки на храни“, каза той.
В тази работа участват учени от ANU, RWTH Aachen University и Louisiana State University.
