Стрига — это растение-паразит, которое в основном поражает некоторые части Африки. Несмотря на красивое пурпурно-розовое цветение, Striga представляет собой серьезную угрозу для продовольственных культур, таких как рис и кукуруза, поскольку она поражает растения-хозяева через корни, лишая их питательных веществ и воды.
Растение-хозяин в конечном итоге засыхает, что приводит к убыткам примерно 40 миллионов гектаров земли стоимостью более 10 миллиардов долларов США, что затрагивает более 100 миллионов человек. Тем не менее, полный механизм того, как Striga обнаруживает присутствие растений-хозяев, до сих пор был неясен, и предпринимаются усилия по разработке новых методов борьбы со Striga.Стрига, как известно, обнаруживает растения-хозяева из класса растительных гормонов, называемых стриголактонами, выделяемых растениями.
Стриголактоны, как известно, отвечают за контроль ветвления побегов и привлекают микоризные грибы, присутствующие в почве, которые снабжают растение питательными веществами. Растения увеличивают синтез стриголактона, когда они находятся в состоянии недоедания, чтобы сдерживать их рост и получать питательные вещества от грибов.
Однако стриголактоны также вызывают прорастание стриги, что фактически приводит к дальнейшему лишению питательных веществ из-за заражения, вместо того, чтобы избежать недоедания.«Я полагал, что в Striga должен быть белковый рецептор, который может обнаруживать незначительные количества стриголактона, вырабатываемого растением-хозяином», — говорит Юичиро Цучия, биолог растений из Института трансформирующих биомолекул (ITbM) Университета Нагоя.
Поскольку Striga обычно растет, паразитируя на растении-хозяине, генетическая устойчивость Striga была основным препятствием для определения механизма ее прорастания. «Я проводил скрининг коммерчески доступных производных стриголактона в надежде найти молекулы, которые могут идентифицировать рецептор стриголактона, ответственный за прорастание у Striga». Известно, что стриги засыхают и умирают, если не могут найти хозяина после прорастания. Следовательно, молекулы, которые могут искусственно индуцировать прорастание стриги, могут быть многообещающим агрохимикатом для контроля прорастания стриги и, таким образом, предотвращения паразитизма по отношению к сельскохозяйственным культурам.Цучия поступил в Нагойский университет в 2013 году и случайно встретил аспиранта Масахико Йошимура, химика-синтетика, в общественной аналитической лаборатории.
Проходя мимо друг друга несколько раз, Цучия начал говорить о своих исследованиях с Ёсимурой, который быстро проявил интерес к исследованиям Цучии. Вместе с Шинья Хагихара, доцентом ITbM, который также является химиком, Йошимура разработал молекулу, подобную стриголактону, которую он синтезировал за два дня.«Я был действительно удивлен, как быстро Ёсимура-кун синтезировал молекулу зонда», — говорит Цучия. «Это, очевидно, результат обширной среды сотрудничества ITbM между химией и биологией».«Мы назвали молекулу« Йошимулактон (YLG) », которая предназначена для генерирования зеленой флуоресценции при реагировании и разложении белковыми рецепторами, обнаруживающими стриголактоны в Striga», — говорит Хагихара.
Йошимура сначала обработал модельное растение арабидопсис йошимулактоном и обнаружил, что он контролирует ветвление побегов таким же образом, как и стриголактоны, что указывает на аналогичную биоактивность. Когда семена стриги обрабатывали йошимулактоном, команда наблюдала прорастание семян вместе с зеленой флуоресценцией.
«Наши исследования показывают, что семена стриги обладают рецепторами стриголактонового белка», — говорят Цучия и Хагихара. «Мы также смогли идентифицировать фактические белки, ответственные за прорастание семян у Striga, по наблюдению зеленой флуоресценции, которая появилась после обработки йошимулактоном».Дальнейший анализ семян Striga с йошимулактоном показал, что паразитирующий механизм Striga, вероятно, сработает путем первоначального распознавания ближайшего растения-хозяина путем обнаружения стриголактонов и их производных. Эта точка распознавания в конечном итоге становится верхушкой корня стриги и вызывает пробуждение всего семени стриги, которое затем стимулирует рост корня к растению-хозяину.«Честно говоря, я не знал о Стриге до того, как начал это исследование, и не имел ни малейшего представления о том, что такое красивое розовое цветущее растение может иметь такое разрушительное воздействие на урожай», — говорит Йошимура. «У меня были некоторые знания о флуоресцентных молекулах, которые помогли мне сконструировать молекулы зондов.
Хотя у меня не было опыта в биологии, мне очень понравилось проводить эксперименты с растениями и открывать ключевой компонент, который может пролить свет на решение проблемы с пищей. незащищенность, вызванная Стригой ".Основная причина того, почему проблему Стриги так трудно преодолеть, заключается в уникальной стратегии выживания Стриги. Семена стриги имеют небольшие размеры (около 0,3 мм) и легко разлетаются ветром.
Кроме того, семена Striga остаются бездействующими в почве в течение десятилетий, пока не найдут растение-хозяин. При обнаружении растения-хозяина в непосредственной близости паразитические семена прорастают и заражают растение-хозяин.
После поглощения питательных веществ и воды от растения-хозяина стрига зацветает и дает больше семян. Этот эффект снежного кома чрезвычайно затрудняет истребление стриги, когда она поражена посевными площадями, и в тяжелых случаях может привести к полному неурожаю.«Мой интерес к Striga возник с 2004 года, когда я изучал прорастание растений путем скрининга производных стриголактона в Канаде», — говорит Цучия. «Мне повезло, что я смог разгадать давно разыскиваемую загадку стриголактоновых рецепторов в Striga с помощью молекул, синтезированных в ITbM.
Я надеюсь поехать в Африку, чтобы спасти затронутые Striga поля сельскохозяйственных культур, используя наш новый молекулярный подход», — продолжает он.Исследовательская группа ITbM в настоящее время работает над разработкой новых молекул для контроля прорастания стриги и предотвращения паразитизма по отношению к культурным растениям.