پروتئین کلیدی در ایمنی گیاه

درک نقش یک پروتئین کلیدی در ایمنی گیاه می تواند به توسعه محصولاتی که در برابر عوامل بیماری زای متعدد مقاوم هستند، کمک کند.سالانه بیش از 30 درصد از محصول در سراسر جهان به دلیل عفونت های بیماری زا از بین می رود. درک چگونگی انعطاف پذیری گیاهان در برابر عفونت برای امنیت غذایی آینده حیاتی است. اکنون محققان نقش حیاتی پروتئین هیستون پیوند دهنده به نام H1 را در طی پاسخ های ایمنی گیاه به عفونت های باکتریایی و قارچی کشف کرده اند.آرشید شیخ که با هریبرت هیرت و همکارانش روی این پروژه کار کرده است، می گوید: مطالعات قبلی روی گیاهان آرابیدوپسیس نشان داد که H1 برای رشد و نمو سالم مهم است. هیستون های پیوند دهنده به عنوان تنظیم کننده عفونت در حیوانات شناخته شده اند، اما نقش آنها در عفونت و ایمنی گیاه هرگز کشف نشده است.

در سلول های حیوانی و گیاهی، واحدهای بنیادی به نام نوکلئوزوم حاوی DNA پیچیده شده در اطراف یک مجتمع پروتئینی هستند و برای تنظیم اطلاعات ژنتیکی حیاتی هستند. تک تک نوکلئوزوم ها توسط DNA پیوند دهنده به هم متصل می شوند. پیوند دهنده هیستون H1 محل خروج/ورود DNA پیوند دهنده را مانند یک گیره نگه می دارد، بنابراین باز شدن و انعطاف پذیری نوکلئوزوم ها را تنظیم می کند.

شیخ می گوید: در گیاهانی مانند آرابیدوپسیس، سه ایزوفرم H1 را می یابیم. به طور معمول، H1 بیان ژن را سرکوب می کند - این شامل ژن های دفاعی سیستم ایمنی است.این تیم گیاهان آرابیدوپسیس جهش یافته را با هر سه ایزوفرم H1 کاوش کردند. آنها گیاهان نوع وحشی و جهش یافته را تحت شرایط کنترل شده رشد دادند و سپس آنها را با پاتوژن باکتریایی Pseudomonas syringae یا پاتوژن قارچی Botrytis cinerea آلوده کردند. پس از سه روز، آنها شدت آلودگی را بین گروه های مختلف گیاهان مقایسه کردند.شیخ می گوید: گیاهان جهش یافته در مقایسه با گیاهان نوع وحشی، هم به عفونت باکتریایی و هم به عفونت قارچی مقاوم بودند. جهش ناک اوت ( ویران کردن) دارای سطوح بالاتری از بیان ژن دفاعی و هورمون پاسخ ایمنی سالیسیلیک اسید بود.

با بررسی بیشتر نقش H1، تیم با شگفتی متوجه شد که گیاهان جهش یافته فاقد توانایی دفاعی اولیه هستند. به عبارت دیگر، زمانی که گیاهان مدتی پس از عفونت اولیه در معرض دوز کمی از یک پاتوژن قرار گرفتند، هیچ پاسخ ایمنی افزایش یافته ای نشان ندادند. مانند واکسیناسیون، پر کردن گیاه با دوز پاتوژن کوچک می تواند ایمنی آن را تقویت کند. فقدان پرایمینگ دفاعی در گیاهان جهش یافته نشان می دهد که H1 نقش مهمی در پرایمینگ بازی می کند.

هیرت می گوید: این دانش بنیادی می تواند به تولید محصولات هوشمندی کمک کند که به طور همزمان در برابر چندین عامل عفونی مقاوم هستند. با این حال، این مطالعه همچنین به عنوان یک هشدار دهنده عمل می کند که بررسی اثرات مستقیم و غیرمستقیم یک جهش در گیاهان اصلاح شده ژنتیکی مهم است.