У бобовых нашли рецептор травоядной тревоги
Молекулярные паттерны, связанные с нападением травоядного животного, могут служить сигналом к запуску защитных механизмов растения. Коллективу генетиков удалось обнаружить в коровьем горохе (Vīgna unguiculata) ген, который кодирует рецептор, специфически распознающий подобные паттерны. Результаты исследования опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Устойчивость растений к патогенам строится на запуске определенных защитных механизмов: усилении генерации активных форм кислорода, экспрессии пероксидаз и ферментов, синтезирующих этилен и другие сигнальные и защитные молекулы. Как правило, триггерами выступают молекулярные паттерны — низкомолекулярные вещества, возникающие при повреждении тканей растения, либо свойственные самому вредителю. Их распознавание рецептор-подобными белками (RLP) и становится первым шагом к запуску защитных реакций.
Среди разнообразия паттернов, распознаваемых растительными рецепторами, можно выделить HAMP — связанные с нападениями травоядных животных (обычно это гусеницы, то есть личинки насекомых отряда Чешуекрылые). К известным HAMP, распознаваемым бобовыми растениями, относятся инцептины — пептидные фрагменты одной из субъединиц хлоропластной АТФ-синтазы растения, которые обнаруживаются в оральных выделениях насекомого после переваривания им растительных тканей. И несмотря на известное свойство инцептинов запускать у бобовых иммунные реакции, до этого не были известны специфические рецепторы, распознающие эти паттерны.
Научные сотрудники университета Калифорнии и их иностранные коллеги под руководством Эрика Шмельца (Eric A. Schmelz) предположили, что у бобовых растений существует рецептор, распознающий инцептин (INR), и поставили цель обнаружить участки генома, ответственные за его экспрессию. Они решили сделать это с помощью генетического картирования на примере коровьего гороха и наиболее часто встречаемых инцептинов Vu-In и его менее биологически активного варианта Vu-In-А.
Проанализировав увеличение синтеза этилена в разных образцах коровьего гороха при взаимодействии с инцептином, исследователи отобрали группу тех, что чувствительны к Vu-In-А — группы Danila, Suvita и Yacine. Затем, для картирования хромосомных локусов, контролирующих количественные признаки (QTL), получили популяцию из 85 рекомбинантных инбредных линий от двуродительского скрещивания особей группы Yacine и нечувствительных к Vu-In-А особей группы 58-77. Вдобавок авторы провели полногеномное ассоциативное картирование (GWAS) на 364 образцах коровьего гороха из коллекции Университета Калифорнии.
Оба метода показали связь между реакцией на Vu-In-А в фенотипе и одним генетическим локусом в растительном геноме. Наиболее четко эту связь проявили однонуклеотидные полиморфизмы (SNP) 2_22560, 2_22561 и 2_09070, охватывая участок длиной в 22 тысячи пар оснований в хромосоме семь. Маркеры 2_22560 и 2_22561 оказались в гене Vigun07g219600, кодирующем рецептор-подобный белок (RLP). Этот ген авторы и признали кандидатом на роль искомого INR.
Чтобы убедиться в этом, они модифицировали растения табака (Nicotiana benthamiana) таким образом, чтобы они транзиентно (то есть без встраивания чужеродной генетической конструкции непосредственно в геном) экспрессировали ген Vigun07g219600 из коровьего гороха, а затем оценили их чувствительность к инцептину Vu-In. Для положительного контроля другую группу растений табака модифицировали так, чтобы они экспрессировали ген рецептора EF-Tu (EFR), распознающего пептид elf18, подобно инцептину приводя к повышению концентрации активных форм кислорода и этилена в растении.
Догадка авторов подтвердилась: растения табака, экспрессирующие ген Vigun07g219600, в отличие от тех, что содержат другой трансген, оказались чувствительны к воздействию инцептина Vu-In. Это говорит о том, что белок, кодируемый этим геном, специфично индуцирует запуск защитных реакций в растении в присутствии HAMP инцептина.
Авторы видят большую роль совершенного открытия в выяснении и глубоком понимании взаимоотношений между растениями и травоядными насекомыми, что особенно важно в свете современных трендов на снижение использования пестицидов в сельском хозяйстве. Они продолжают исследования и планируют теперь разобраться в особенностях лиганд-белковых взаимодействий между обнаруженным рецептор-подобным белком и распознаваемыми им молекулами.
Ученые давно интересуются отношениями между растениями и их вредителями. Накопление знаний об этом имеет утилитарный смысл, однако порой может и просто удивлять, а то и пугать. Например, мы писали о том, как томаты, защищаясь, способны превратить поедающих их гусениц в каннибалов, а о самом страшном кошмаре кофемана мы рассказывали здесь.
Наталия Миранда
Также на когнитивное снижение повлияли варианты Гена APOE: аллель APOE4 его ускорила, а аллель APOE2 — замедлила
Исследователи из Колумбии и США изучили, как генотип аполипопротеина и годы образования влияют на когнитивные функции при наследственной болезни Альцгеймера. Выяснилось, что у носителей мутации PSEN1 E280A, связанной с семейной болезнью Альцгеймера, когнитивное снижение наступает раньше и развивается быстрее, если у них в то же время есть аллель APOE4, а у таких же носителей, но с аллелью APOE2, это снижение происходит медленнее. Также более медленное снижение когнитивных способностей было характерно для пациентов, которые больше лет жизни потратили на учебу, — и это к тому же ослабляло влияние особенно опасных вариантов APOE. Результаты опубликованы в Nature Communications. При семейной или наследственной болезни Альцгеймера (БА) когнитивный спад наступает рано и за несколько лет прогрессирует до слабоумия. Семейную болезнь Альцгеймера вызывают некоторые мутации, например, мутация E280A в гене мембранного белка пресенелина PSEN1. Еще один ген, влияющий на развитие и течение БА — ген белка аполипопротеина Е (APOE). Разные варианты этого гена связаны с большим или меньшим риском спорадической (ненаследственной) болезни Альцгеймера: аллель APOE4 повышает риск, а аллель APOE2 снижает его. О том, как варианты APOE влияют на развитие семейной БА известно мало. Одно небольшое исследование показало, что деменция у носителей мутации PSEN1 E280A наступает раньше, если у них есть аллель APOE4. Другое исследование не обнаружило влияния APOE4, но выявило, что аллель APOE2 задерживает клиническое начало заболевания примерно на 8 лет. Кроме того, на развитие БА влияют другие факторы: образ жизни, социально-экономические условия и другие показатели здоровья. Стефани Лангелла (Stephanie Langella) из Гарвардской медицинской школы вместе с коллегами из Колумбии и США решила выяснить, как варианты APOE и количество лет учебы влияют на когнитивные показатели пациентов с наследственной БА (исследователи не выделяли отдельно высшее образование или ученую степень, а смотрели именно на число лет, уделенных образованию). Для этого они проанализировали данные 675 носителей мутации E280A и 594 пациентов, у которых этой мутации не было. Носители и неносители мутации были членами одних и тех же семей. Ученые сравнивали баллы пациентов в краткой шкале оценки психического статуса (MMSE), которую используют для диагностики клинических проявлений деменции. Баллы MMSE у носителей и неносителей мутации PSEN1 E280A начинали различаться уже в возрасте 31,5 года — с этого момента когнитивные показатели носителей снижаются намного быстрее. У пациентов с мутацией E280A, у которых также была аллель APOE4 (141 человек), клиническое начало БА было более ранним, а у пациентов с мутацией E280A, но без аллели APOE4 (534 человека) — наоборот, наступало позже. Расхождения начинались в возрасте 44,3 лет — как раз во столько появляются первые признаки болезни Альцгеймера у пациентов с наследственной формой. Другая аллель, APOE2, напротив, была связана с более медленным когнитивным снижением в группе носителей PSEN1 E280A. А вот когнитивные траектории пациентов без мутации E280A были примерно одинаковыми и не зависели в от варианта APOE. Также исследователи обнаружили, что возраст начала клинических проявлений БА у пациентов с мутацией PSEN1 E280A зависел от количества лет, которые они потратили на учебу. Их когнитивные показатели снижались тем медленнее, чем больше они учились, — и это проявлялось особенно сильно у носителей аллели APOE4 и неносителей APOE2. То есть отрицательный эффект аллели APOE4 ослаблялся. Почти то же было и с неносителями мутаций, связанных с БА: более долгая учеба была связана с более высокими баллами MMSE, но здесь варианты APOE роли не играли. Пока не ясно, как именно аллель APOE4, связанная с большим риском, ухудшает течение семейной болезни Альцгеймера, и как другая аллель — APOE2 — от нее защищает. Но, как видно, большая продолжительность учебы снижает дополнительный риск. А иногда от вредного действия мутаций защищают другие мутации. Недавно исследователи обнаружили мутацию, которая отсрочила развитие семейной болезни Альцгеймера у мужчины. Это был редкий вариант гена RELN — H3447R или RELN-COLBOS. Клинические проявления начались у пациента почти на 20 лет позже обычного. Мужчина был не первым счастливчиком: до этого подобный случай был с женщиной, у нее мутация была как раз в гене APOE.