Литические монооксигеназы Phytophthora infestans разрушают клеточную стенку растений

Патогенный оомицет Phytophthora infestans поражает растения семейства пасленовых, в частности, картофель. Он считается одним из наиболее значимых сельскохозяйственных патогенов. Коллектив британских и французских ученых сообщил на страницах Science, что клетки фитофторы секретируют несколько литических монооксигеназ, которые разрушают полисахариды, такие как пектин, входящие в состав клеточных стенок растений. В отсутствие этих ферментов фитофтора теряет способность заражать растений.

Авторы работы продемонстрировали, что во время заражения растений гены P. infestans, кодирующие литические монооксигеназы, активно экспрессируются. PiAA17C — один из тех генов, экспрессия которых возрастает особенно сильно. Именно его выбрали для дальнейшего изучения.

Активный центр PiAA17C представляет собой типичную для литических монооксигеназ гистидиновую «скобу» (brace), в состав которой входит медь. Ученые получили структуру фермента с помощью рентгеноструктурного анализа с разрешением 1,01 Å. Оказалось, что к ней наиболее близка структура монооксигеназы бактерии Cellvibrio japonicus, расщепляющей хитин, хотя и в этом случаи сходство были довольно отдаленным. Гистидиновая «скоба» сформирована остатками His¹ и His⁹⁶, которые координируют ионы меди. Недалеко от активного центра фермента находится отрицательно заряженная борозда, что указывает на то, что субстратами PiAA17C, вероятнее всего, являются заряженные полисахариды.

Авторы работы показали, что PiAA17C расщепляет гомогалактуронан — структурную основу пектина. Расщепление сопровождается окислением гомогалактуронана. Однако для того, чтобы фермент мог работать с пектином, необходимо, чтобы его карбоксильные группы стали доступны. В клетках фитофторы экспрессируется метилэстераза пектина и другие ферменты, модифицирующие пектин. Они, вероятно, предварительно подготавливают его для расщепления PiAA17C и другими ферментами из числа литических монооксигеназ.

Нокдаун PiAA17C с помощью РНК-интерференции приводил к резкому падению вирулентности фитофторы. Авторы исследования заключили, что литические монооксигеназы — это важнейший фактор, дающий P. infestans способность инфицировать растения.