Неожиданная активность метаболического соединения помогает расшифровать «язык света» растений

от

Исследователи обнаружили ранее неизвестный способ, с помощью которого растения регулируют свой рост в ответ на свет — прорыв, который может помочь сельскохозяйственным культурам лучше справляться со стрессом окружающей среды.

В уникальном исследовании команда выяснила, как соединение, участвующее в метаболизме растений, может «перепрограммировать» не связанный с ним белок, чувствительный к свету.

Это неожиданное взаимодействие, о котором сообщается в журнале Nature Communications, является важным шагом на пути к более полному пониманию физиологии растений.

«В будущем этот механизм можно будет использовать для точной настройки роста, развития растений и их реакции на стресс», — сказал Эрих Гротевольд, профессор Исследовательского фонда Университета штата Мичиган и автор последнего исследования.

«Это может привести к созданию культур с улучшенной устойчивостью к световому стрессу и более эффективному использованию световой энергии без необходимости внесения изменений в окружающую среду», — добавил он.

Как растения реагируют на свет

Растениям, как и людям, нужен солнечный свет, но его может быть слишком много. Резкий свет может привести к повреждениям, похожим на солнечный ожог. Чтобы защитить себя, растения производят различные природные молекулы-«солнцезащитные кремы», называемые флавоноидами и пигментами.

Гротевольд и его команда изначально исследовали мутантные варианты модельного растения Arabidopsis, которые не могли производить важный фермент, участвующий в синтезе флавоноидов. Во время экспериментов исследователи заметили, что у одного типа мутантов были серьёзные проблемы с ростом при воздействии определённого вида света, хотя дикие особи и другие мутанты выглядели здоровыми в тех же условиях.

Они обнаружили, что виновником был метаболит под названием нарингенин халкон, или NGC. Обычно эта молекула производится в процессе метаболизма, который создаёт флавоноиды. Однако из-за того, что у мутанта отсутствовал ключевой фермент на этом пути, NGC начал накапливаться в клетках растения.

Открытие нового механизма

Учёные создали тысячи различных мутантов Arabidopsis и вырастили их в условиях стрессового освещения. Они смогли идентифицировать несколько растений, которые, по-видимому, росли без дефектов. Общим для этих успешных образцов был мутантный ген под названием UVR8, белок, который обычно чувствителен к ультрафиолетовому свету.

Лаборатория Гротевольда выявила, что NGC физически взаимодействует с UVR8 и «перепрограммирует» его, активируя для отправки сигналов, регулирующих рост, даже без присутствия ультрафиолетового света.

«Мы были удивлены, обнаружив, что нарингенин халкон, промежуточный продукт метаболизма, может напрямую модулировать функцию светочувствительного белка, такого как UVR8», — объяснил Нань Цзян, ведущий автор исследования и бывший исследователь группы Гротевольда, который сейчас является доцентом в Гавайском университете в Маноа.

«Такой «перекрёстный разговор» между специализированным метаболизмом и передачей сигналов фоторецепторов открывает совершенно новый способ мышления о том, как растения интегрируют метаболический статус с восприятием окружающей среды», — добавил он.

Перспективы

Эти открытия помогают расширить горизонты для модификации растений, ориентированной на свет. Модифицируя способность растений воспринимать свет и производить определённые соединения, можно добиться более эффективного роста сельскохозяйственных культур в условиях низкой освещённости или суровой среды, а также улучшить их реакцию на вредные патогены.

«Эта работа раскрывает новый уровень регуляторной сложности», — сказал Цзян. «Это предполагает, что растения могут использовать малые молекулы не только как конечные продукты или защитные соединения, но и как сигнальные мессенджеры, которые точно настраивают ключевые физиологические реакции, такие как рост и развитие».

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте