Ερευνητές από τις ΗΠΑ και τη Γερμανία ανακάλυψαν ένα πεπτίδιο που καθιστά το κριθάρι στην πιο σημαντική περιοχή καλλιέργειας των ΗΠΑ πιο ευαίσθητο στην ασθένεια της κηλίδωσης των φύλλων. Ο παθογόνος μύκητας χρησιμοποιεί το πεπτίδιο για να ενεργοποιήσει έναν ανοσολογικό υποδοχέα στο φυτό. Τα προσβεβλημένα κύτταρα στη συνέχεια πεθαίνουν.

Με την πάροδο του χρόνου, ολοένα και περισσότερα γονίδια ανοσολογικών υποδοχέων έχουν προστεθεί κατά την αναπαραγωγή νέων ποικιλιών κριθαριού που είναι ανθεκτικές στις ασθένειες. Το παθογόνο που προκαλεί την κηλίδωση εκμεταλλεύεται προφανώς αυτό και κατευθύνει την άμυνα κατά του ίδιου του φυτού. 

Κατά την αναπαραγωγή για ανθεκτικότητα σε ένα συγκεκριμένο είδος ασθένειας, πρέπει επομένως να λαμβάνεται μέριμνα ώστε τα φυτά να μην γίνουν κατά λάθος πιο ευαίσθητα σε άλλα παθογόνα.

Το κριθάρι είναι μια από τις σημαντικότερες καλλιέργειες δημητριακών στον κόσμο. Παγκοσμίως, παράγονται 155 εκατομμύρια τόνοι ετησίως, ένα μεγάλο μέρος των οποίων χρησιμοποιείται ως ζωοτροφή. Όπως και άλλες καλλιέργειες, το κριθάρι αποτελεί επίσης στόχο παθογόνων μικροοργανισμών που μπορούν να προκαλέσουν σημαντικές απώλειες στις καλλιέργειες.

Μία από τις πιο καταστροφικές από αυτές τις ασθένειες είναι η κηλίδωση των φύλλων, η οποία προκαλείται από ένα νεκροτροφικό μύκητα που σκοτώνει τα μολυσμένα φυτικά κύτταρα. Χαρακτηρίζεται από σκούρες, σοκολατί κηλίδες που προκαλούν ξήρανση των φύλλων. Στη δεκαετία του 1990, ένα νέο καταστροφικό στέλεχος της ασθένειας της κηλίδας των φύλλων έφθασε στην κύρια περιοχή καλλιέργειας κριθαριού στις ΗΠΑ, στη Βόρεια Ντακότα. Παραδόξως, ορισμένα φυτά κριθαριού ήταν ιδιαίτερα ευαίσθητα στο νέο στέλεχος, ενώ άλλα δεν ήταν.

Για να προσδιοριστεί το γονίδιο ή τα γονίδια που ευθύνονται για την ευαισθησία, η ομάδα του Shaobin Zhong στο Κρατικό Πανεπιστήμιο της Βόρειας Ντακότα στο Φάργκο χρησιμοποίησε μια ουσία που προκαλεί τυχαίες μεταλλάξεις στα γονίδια των σπόρων του κριθαριού. Η εξέταση των φυτών που δεν παρουσίαζαν πλέον ευαισθησία στην κηλίδωση των φύλλων αποκάλυψε ότι όλα είχαν κοινές μεταλλάξεις σε ένα γονίδιο που ονομάζεται Scs6: Όταν το Scs6 μεταφερόταν σε ανθεκτικές σειρές κριθαριού, αυτές γίνονταν εξαιρετικά ευαίσθητες.

Έτσι, 30 χρόνια μετά την πρώτη φορά που το νέο στέλεχος της κηλίδας των φύλλων προκάλεσε καταστροφές στη Βόρεια Ντακότα, εντοπίστηκε τελικά το γονίδιο που κάνει ορισμένα φυτά κριθαριού τόσο ευπαθή.

Ωστόσο, το μυστήριο παρέμενε: Όταν αποκωδικοποιήθηκε η αλληλουχία του Scs6, αποδείχθηκε ότι ανήκει στην οικογένεια ανοσολογικών υποδοχέων MLA, οι οποίοι είναι γνωστό ότι παρέχουν ανοσία έναντι βιοτροφικών παθογόνων, δηλαδή εκείνων που απαιτούν ζωντανούς φυτικούς ξενιστές.

Στη συνέχεια, η ομάδα του Zhong ένωσε τις δυνάμεις της με το τμήμα του Paul Schulze-Lefert στο Ινστιτούτο Max Planck για την έρευνα της φυτικής αναπαραγωγής στην Κολωνία. Ο τελευταίος έχει πολυετή εμπειρία στην έρευνα των ανοσολογικών υποδοχέων. Ο διδακτορικός φοιτητής Florian Kümmel διεξήγαγε τα πειράματα για να διερευνήσει γιατί ένας ανοσολογικός υποδοχέας συνέβαλε παραδόξως στο να γίνουν τα φυτά πιο ευαίσθητα στη μόλυνση από το παθογόνο της κηλίδας των φύλλων.

Η ομάδα του Zhong είχε προηγουμένως ανακαλύψει ότι ένας άτυπος τύπος μορίου, ένα λεγόμενο μη ριβοσωμικό πεπτίδιο, ευθύνεται για την μολυσματικότητα της κηλίδας των φύλλων του κριθαριού. Οι ερευνητές υπέθεσαν ότι το παθογόνο χρησιμοποιεί αυτό το ασυνήθιστο μόριο για να στοχεύσει και να ενεργοποιήσει τον ανοσολογικό υποδοχέα Scs6, ο οποίος στη συνέχεια πυροδοτεί μια αντίδραση κυτταρικού θανάτου για την απόκρουση των βιοτροφικών εισβολέων.

Όταν το υγρό από ξεπλυμένα μολυσμένα φύλλα κριθαριού εγχύθηκε σε υγιή φύλλα κριθαριού που έφεραν το γονίδιο Scs6, αυτό οδήγησε σε μια αντίδραση κυτταρικού θανάτου. Αξίζει να σημειωθεί ότι ο Kümmel παρατήρησε επίσης κυτταρικό θάνατο σε πείραμα με φύλλα ενός άλλου φυτικού είδους που διεγέρθηκε για να εκφράσει μόνο το Scs6, αλλά χωρίς άλλες πρωτεΐνες του κριθαριού.

Συνεπώς, ο κυτταρικός θάνατος που προκαλείται από το Scs6 φαίνεται να οφείλεται σε άμεση αλληλεπίδραση μεταξύ του Scs6 και του μη ριβοσωμικού πεπτιδίου.

Η εξημέρωση και η αναπαραγωγή του κριθαριού για ανθεκτικότητα έχει οδηγήσει στην αύξηση πολλών γονιδίων ανοσοϋποδοχέων, όπως το Scs6, στις ελίτ ποικιλίες κριθαριού που καλλιεργούνται στο εμπόριο.

Θα μπορούσε αυτό να είναι ένα δίκοπο μαχαίρι;

Όπως επισημαίνει ο συν - συγγραφέας  της μελέτης, Kümmel, η εξέλιξη φαίνεται να έχει οδηγήσει ορισμένα παθογόνα να υποκλέπτουν τους ανοσοϋποδοχείς των ξενιστών τους και να στρέφουν τα όπλα των φυτών εναντίον του εαυτού τους για να τα κάνουν πιο ευάλωτα στην ασθένεια.

Πηγές:
Μαx Planck Institut

Ειδήσεις υγείας σήμερα
Το άγχος των γιορτών: Πώς να προστατεύσουμε την ψυχική μας υγεία το Πάσχα
Η κατάθλιψη του πατέρα μπορεί να επηρεάσει για χρόνια το παιδί του [μελέτη]
Επίσκεψη του προέδρου του ΙΣΑ στον Σύλλογο Φλόγα