Растения атакуют сами себя: ошибки в белках запускают аутоиммунные реакции

Автор: Molecular Cell (2025). DOI: 10.1016/j.molcel.2025.06.021

Растения, обладая уникальной иммунной системой, иногда запускают «аутоиммунные реакции», ошибочно принимая собственные белковые структуры за патогены. В частности, «гибридный некроз» — явление, при котором растения-потомки после скрещивания разных сортов не могут нормально развиваться и погибают, — долгое время оставался сложной проблемой для ботаников и аграрных исследователей.

Международная команда учёных смогла раскрыть механизм, вызывающий аутоиммунные реакции у растений, и предложила новую стратегию для селекции, позволяющую предсказывать и избегать таких последствий.

Группа профессора Джи-Джуна Сона из KAIST совместно с коллегами из Национального университета Сингапура (NUS) и Оксфордского университета с помощью криоэлектронной микроскопии (Cryo-EM) изучила структуру и функции белкового комплекса «DM3», который запускает аутоиммунные реакции у растений. Исследование опубликовано в журнале Molecular Cell.

Работа привлекла внимание, так как впервые выявила дефекты белковой структуры как причину гибридного некроза, возникающего из-за аномальной реакции иммунных рецепторов при скрещивании разных сортов растений.

Белок DM3 участвует в иммунном ответе растений, но проблемы возникают, когда его структура повреждается в специфической комбинации белков, называемой «DANGEROUS MIX (DM)».

Один вариант DM3, «DM3Col-0», образует стабильный комплекс с шестью белками и воспринимается растением как нормальный, не вызывая иммунного ответа. Другой вариант, «DM3Hh-0», имеет неправильные связи между белками, из-за чего растение распознаёт его как угрозу и запускает аутоиммунную реакцию.

Используя криоэлектронную микроскопию с атомарным разрешением, учёные выяснили, что иммунный ответ зависит не от ферментативной функции DM3, а от «различий в сродстве белков». Это показывает, что растения могут реагировать не только на внешние патогены, но и на внутренние структурные аномалии, воспринимая их как угрозу.

Исследование раскрывает, насколько чувствительна иммунная система растений к изменениям в белковых структурах при скрещивании разных сортов. Оно значительно углубляет понимание генетической несовместимости, возникающей в процессе естественной гибридизации и селекции.

Доктор Гиджон Ким, один из ведущих авторов работы, отметил: «Благодаря международному сотрудничеству мы представили новый взгляд на иммунную систему растений через призму аутоиммунных реакций, завершив высококачественное исследование, объединяющее структурную биохимию, генетику и клеточную биологию».

Профессор Сон из KAIST, руководивший исследованием, добавил: «То, что иммунная система может обнаруживать не только внешние патогены, но и структурные аномалии собственных белков, задаст новый стандарт в биотехнологии растений и стратегиях селекции. Структурный анализ с помощью криоэлектронной микроскопии станет ключевым инструментом для понимания сути генетических взаимодействий».

Больше информации: Wei-Lin Wan et al, Structural determinants of DANGEROUS MIX 3, an alpha/beta hydrolase that triggers NLR-mediated genetic incompatibility in plants, Molecular Cell (2025). DOI: 10.1016/j.molcel.2025.06.021

Источник: Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)