SLU-nyhet

Så kapar bakterier växtens immunförsvar för att sprida infektion

Publicerad: 25 april 2018

Svampar, bakterier och virus som angriper grödor har varit ett gissel för bönder i alla tider, och att förädla fram nya resistenta sorter är en stor utmaning. Patogenerna har utvecklat en bred repertoar av molekylära vapen, ”effektorer”, som orsakar sjukdom genom att manipulera växtens ämnesomsättning och försvarssystem. Nu har Daniel Hofius forskargrupp vid SLU visat hur en bakterie använder effektorer för att aktivera och ta över ett viktigt system hos växter (autofagi) som fungerar både som ”återvinningscentral” och som en del av sjukdomsförsvaret. Upptäckten banar väg för nya sätt att förädla fram resistenta grödor.

Studien, som nyligen publicerades i tidskriften The Plant Cell, har gjorts inom ett samarbete mellan Daniel Hofius forskargrupp vid SLU och forskare från Washington University in St. Louis.

Celler hos så skilda livsformer som jäst, människor och växter använder två huvudsakliga nedbrytningssystem för att bli av med oönskade proteiner och avfallsprodukter från cellmaskineriet. Det ena består av proteasomer, som framförallt är nedbrytningsplatserför enskilda felveckade och kortlivade reglerande proteiner. Proteasomerna är livsnödvändiga för styrningen av växters tillväxt och utveckling, men de är dessutom en viktig del av immunförsvaret genom förmågan att bryta ned främmande proteiner. Det är väl känt att flera bakterier och andra sjukdomsframkallande organismer (patogener) har utvecklat särskilda vapen (effektorer) som hämmar proteasomernas funktion, och därmed bereder väg för fortsatt infektion.

I det andra systemet, som kallas autofagi (grekiska för "självätande") används specialiserade vesiklar ("blåsor") för att transportera cellinnehåll till cellulära nedbrytningsorgan som bryter ned och återvinner cellinnehåll, och dessa kan även hantera större proteinkomplex och organeller. Det autofaga maskineriet kan ibland också bryta ned proteasomer, när dessa inte fungerar som de ska eller vid akut energibrist i cellen. I djurceller används autofagi även i försvaret mot sjukdom, och det finns smittämnen som har utvecklat metoder att utnyttja autofagin för sina egna syften. Det Daniel Hofius forskargrupp nu visar är att autofagin har en liknande roll även i växters immunförsvar, och att det finns bakterier som har utvecklat sätt att "kapa" autofagin för att slå ut proteasomer, och därmed bana väg för allvarliga sjukdomsangrepp på växter.

­ – Den här upptäckten är ett bra exempel på den ständigt pågående evolutionära kapprustningen mellan växter och deras patogener. De försvarsvapen som växterna utvecklar som skydd mot sjukdom övervinns förr eller senare av en eller annan patogen, och vi har hittat ett exempel där vapnen vänds emot växten själv, säger Suayib Üstün, som är postdoktor vid SLU och artikelns huvudförfattare.

– Vi ser de här nya kunskaperna om samspelet mellan autofagi och proteasomer i växternas immunförsvar som ett viktigt framsteg, säger Daniel Hofius, som är professor vid SLU:s institution för växtbiologi. Vi har identifierat de "målproteiner" som bakterien riktar in sig på för att manipulera autofagisystemet vid infektion, och denna kunskap ger oss stora möjligheter att förädla fram grödor med bättre motståndskraft mot sjukdomar som orsakas av såväl bakterier som andra smittämnen.

– Att stärka växternas proteasomfunktion kan vara en helt ny och alternativ strategi vid förädling av grödor med större patogentolerans, understryker Suayib Üstün.

I studierna har forskarna använt bakterien Pseudomonas syringae, som är en av de bäst studerade växtpatogenerna och en modellorganism i studier av samspelet mellan växter och sjukdomsframkallande mikroorganismer. Bakterien finns i ett flertal varianter som är specialiserade på olika grödor. Som modellväxt användes backtrav, en klassisk art i den växtgenetiska forskningen.

Mer information

Kontaktpersoner

Daniel Hofius, professor
Institutionen för växtbiologi
Sveriges lantbruksuniversitet, Uppsala
+46 (0)18-673275 , daniel.hofius@slu.se
https://www.slu.se/en/departments/plant-biology-forest-genetics/research/groups/daniel-hofius/

Suayib Üstün, postdoktor finansierad av Federation of Biochemical Societies
Institutionen för växtbiologi, SLU
018-673246, suayib.ustun@slu.se

(båda besvarar gärna frågor på engelska)

Artikeln

Üstün, S., Hafrén, A., Liu, Q., Marshall, R.S., Minina, E.A., Bozhkov, P., Vierstra, R.D., and Hofius, D. (2018). Bacteria exploit autophagy for proteasome degradation and enhanced virulence in plants. Plant Cell, Mar 1.
DOI: https://doi.org/10.1105/tpc.17.00815

Pressbild

(Får publiceras fritt i artiklar om detta pressmeddelande. Fotograf ska anges.)

Relaterade sidor: