Гены SWEET 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. Результаты исследования опубликованы в International Journal of Molecular Sciences. Работа выполнена в рамках проекта научного центра мирового уровня «Агротехнологии будущего» и поддержана национальным проектом «Наука и университеты».

Растения на свету синтезируют 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, борьбы с грибными инфекциями, 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 — глюкоза, фруктоза и сахароза, 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 биоинформационные 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 гнилью), 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 гена SWEET были в 150 раз активнее, чем в случае, когда растению ничего не угрожало. Это указывает на то, что работа данных генов может снижать чувствительность растения к грибным заболеваниям, а потому эти гены могут использоваться при селекции новых устойчивых сортов чеснока.