После нескольких десятилетий исследований китайский биолог Chai Jijie, один из ведущих мировых ученых в своей области, провел исследование, которое может ознаменовать собой переход на новый этап в борьбе с вредителями и заболеваниями сельскохозяйственных культур. Chai, когда-то работавший на бумажной фабрике, занимает должность профессора школы биологических наук в Вестлейкском университете (провинция Чжэцзян). Результаты исследования, в котором он принимал активное участие, опубликованы в журнале Nature. Ценность научной работы заключается в том, что разгадка секрета механизмов защиты растений от внешних воздействий может в перспективе стать ключом к увеличению объемов производства продуктов питания во всем мире.

По оценкам Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН, из-за вредителей и инфекций, вызываемых патогенными микробами, ежегодно теряется порядка 20-40% мирового объема производства сельскохозяйственных культур. Первую «подсказку», натолкнувшую ученых на фундаментальные выводы, удалось обнаружить в томатах. Оказалось, что в их составе присутствуют белки, характеристики которых отличаются от клеток иммунной системы других растений. У большинства представителей флоры есть два механизма иммунной защиты: поверхностный и внутриклеточный (внутри клеток доминируют устойчивые к болезням белки под названием NLR).

Одними из важнейших функций этих белков являются идентификация патогенов, а также активизация быстрого и эффективного иммунного ответа, помогающего растению справиться с чужеродными агентами. Как правило, регуляция описанных процессов происходит на относительно низких уровнях. Если функционирование иммунной системы выходит из-под контроля, может запуститься механизм саморазрушения, способный привести к уничтожению клеток и замедлению роста растений.

Изучая помидоры, ученые обнаружили класс белков, свойства которого не соответствуют общей закономерности. Концентрации этих белковых соединений, называемых NRC, остаются высокими, независимо от наличия или отсутствия внешних угроз. Исследователи проанализировали структуру белков томата и обнаружили, что они демонстрируют стабильность, образуя соединения с помощью небольшой органической молекулы, участвующей в энергетическом метаболизме растения.

Как отметил Cao Yu, работающий в той же лаборатории, что и Chai, недавнее открытие может послужить новой теоретической базой для селекции сельхозкультур и борьбы с вредителями. Среди прочего, данные, полученные в ходе исследования, могут быть использованы в разработке биотехнологий, направленных на повышение устойчивости растений к болезням без нарушения их нормального роста и без снижения урожайности. Науке известно, что растения, как и животные, обладают иммунной системой. В 1994 году было впервые проведено успешное клонирование гена устойчивости растений к болезням, но биохимия растительных белков NLR до недавнего времени оставалась недостаточно изученной.

Chai начал свою научную карьеру при поддержке биолога Shi Yigong, который в 1999 году был доцентом кафедры молекулярной биологии Принстонского университета, а впоследствии возглавил Вестлейкский университет. В 2023 году в интервью китайскому изданию The Economic Observer Shi назвал своего бывшего студента одним из передовых ученых мира в своей области. Вернувшись в Китай в 2004 году, Chai продолжил карьеру в Национальном институте биологических наук в Пекине в качестве независимого исследователя. Свои усилия он сосредоточил на изучении иммунологии растений, которая тогда находилась на этапе зарождения.

В августе 2023 года Chai и его коллега Zhou Jianmin были удостоены престижной китайской премии Future Science Prize за вклад в изучение иммунных механизмов растений, которая предусматривала выплату денежного вознаграждения в один миллион долларов США. Премия, финансируемая из частных источников, была учреждена в 2016 году группой ученых и предпринимателей для поддержки и продвижения фундаментальных научных исследований в Китае. Она традиционно присуждается выдающимся ученым, которые специализируются на физике, математике, компьютерных и естественных науках.

По материалам scmp.com