I tider av krig gör fabrikerna om för att stödja stridens behov. Monteringslinjer ändrar kurs från att tillverka bildelar till maskingevär, eller från att bygga tvättmaskiner till flygmotorer.

För att höra Duke University-professorn Xinnian Dong berätta det, kan växter också växla från fredstid till krigstid.

Grödor och andra växter är ofta under attack från bakterier, virus och andra patogener. När en växt känner av en mikrobiell invasion gör den radikala förändringar i den kemiska soppan av proteiner – livets arbetshästmolekyler – inuti dess celler.

Under de senaste åren har Dong och hennes team slagit ihop hur de gör det. I en ny studie publicerad i tidskriften Cell , Dong och första författaren Jinlong Wang avslöjar nyckelkomponenterna i växtceller som omprogrammerar deras proteintillverkningsmaskineri för att bekämpa sjukdomar.

Varje år går cirka 15 % av skörden förlorad på grund av bakteriella och svampsjukdomar, vilket kostar den globala ekonomin cirka 220 miljarder dollar. Växter är beroende av deras immunförsvar för att hjälpa dem att slå tillbaka, sa Dong.

Till skillnad från djur har växter inte specialiserade immunceller som kan resa genom blodomloppet till infektionsplatsen; varje cell i anläggningen måste kunna stå och kämpa för att försvara sig, snabbt övergå till stridsläge.

När växter blir attackerade ändrar de sina prioriteringar från tillväxt till försvar, så celler börjar syntetisera nya proteiner och undertrycker produktionen av andra. Sedan "inom två till tre timmar återgår saker till det normala", sa Dong.

De tiotusentals proteiner som tillverkas i celler gör många jobb:katalyserar reaktioner, fungerar som kemiska budbärare, känner igen främmande ämnen, flyttar material in och ut. För att bygga ett specifikt protein transkriberas genetiska instruktioner i DNA:t packat inuti cellens kärna till en budbärarmolekyl som kallas mRNA. Denna sträng av mRNA leder sedan ut i cytoplasman, där en struktur som kallas en ribosom "läser" meddelandet och översätter det till ett protein.

I en studie från 2017 fann Dong och hennes team att när en växt är infekterad översätts vissa mRNA-molekyler till proteiner snabbare än andra. Vad dessa mRNA-molekyler har gemensamt, upptäckte forskarna, är en region i den främre änden av RNA-strängen med återkommande bokstäver i sin genetiska kod, där nukleotidbaserna adenin och guanin upprepar sig om och om igen.

I den nya studien visar Dong, Wang och kollegor hur denna region arbetar med andra strukturer inuti cellen för att aktivera "krigstids" proteinproduktion.

De visade att när växter upptäcker en patogenattack tas de molekylära skyltarna som signalerar den vanliga startpunkten för ribosomer att landa på och läsa av mRNA bort, vilket hindrar cellen från att göra sina typiska "fredstids"-proteiner.

Istället går ribosomer förbi den vanliga utgångspunkten för translation och använder regionen med återkommande As och G inom RNA-molekylen för dockning och börjar läsa därifrån istället.

"De tar i princip en genväg", sa Dong.

För växter är att bekämpa infektioner en balansgång, sa Dong. Att tilldela mer resurser till försvaret innebär att mindre är tillgängligt för fotosyntes och andra aktiviteter i livets verksamhet. Att producera för många försvarsproteiner kan skapa sidoskador:växter med ett överaktivt immunsystem drabbas av hämmad tillväxt.

Genom att förstå hur växter uppnår denna balans, sade Dong, hoppas forskarna hitta nya sätt att konstruera sjukdomsresistenta grödor utan att kompromissa med skörden.

Dongs team gjorde huvuddelen av sina experiment i en senapsliknande växt som heter Arabidopsis thaliana. Men liknande mRNA-sekvenser har hittats i andra organismer, inklusive fruktflugor, möss och människor, så de kan spela en bredare roll för att kontrollera proteinsyntesen hos både växter och djur, sa Dong. + Utforska vidare

Strukturen hos växtproteinet "glidfågel" kan leda till bättre skördar