Исследователи раскрывают механизм регуляции стабильности фитохрома А при восприятии растением дальнего красного света с помощью гистондеацетилазы 2

Группа учёных под руководством профессора Лю Сюнчэна из Южно-Китайского ботанического сада Китайской академии наук пролила свет на то, как растения точно настраивают свою реакцию на дальний красный свет.

Основные выводы исследования

В статье показано, что стабильность рецептора дальнего красного света у Arabidopsis — фитохрома А (phyA) — динамически регулируется путём ацетилирования лизина — посттрансляционной модификации. Гистондеацетилаза 2 (HDT2) — лизиндеацетилаза — играет ключевую роль в ускорении деградации phyA и управлении развитием проростков в определённых световых условиях.

Результаты исследования были недавно опубликованы в журнале Molecular Plant.

Роль фитохрома А в восприятии света

PhyA — единственный растительный фоторецептор, предназначенный для восприятия дальнего красного света. Он накапливается в проростках, выращенных в темноте, но быстро разрушается под воздействием света. Этот процесс имеет решающее значение для активации световой сигнализации и регуляции роста проростков.

Неясные механизмы регуляции стабильности phyA

Однако на протяжении многих лет точные молекулярные механизмы, контролирующие стабильность phyA, оставались неясными. Ацетилирование лизина — консервативная посттрансляционная модификация — давало потенциальный ключ к разгадке, но, хотя предыдущие исследования были сосредоточены на её роли в регуляции гистонов (гистоны упаковывают ДНК), мало что было известно о негистоновом ацетилировании (например, на фоторецепторах, таких как phyA) и его влиянии на фотоморфогенез.

Методы исследования

Для решения этой задачи команда использовала комбинацию иммуноблоттинга и систематического ацетиломического профилирования — методов, которые позволяют сопоставлять модификации с конкретными белками и аминокислотными остатками.

Иммуноблоттинг показал резкое падение общего уровня ацетилирования белков, когда проростки, выращенные в темноте, подвергались воздействию света, что указывает на широкую светоиндуцированную реакцию деацетилирования.

Ацетиломический профиль позволил определить белки и остатки лизина, на которые влияет этот сдвиг. Для phyA команда определила четыре консервативных сайта ацетилирования лизина: K65, K296, K536 и K744. Среди них K65 и K744 показали наиболее выраженное деацетилирование при воздействии света на проростки.

Эксперименты по проверке функциональной значимости сайтов

Чтобы проверить функциональную значимость этих сайтов, исследователи создали трансгенные линии Arabidopsis, экспрессирующие модифицированные версии phyA: одну, имитирующую постоянно ацетилированное состояние в K65 (K65Q), и другую, имитирующую деацетилированное состояние (K65R).

Их эксперименты показали, что только статус ацетилирования K65 влияет на биологическую активность phyA. Дальнейший анализ показал, что K65 также служит критическим сайтом убиквитинирования — модификации, которая помечает белки для деградации с помощью 26S протеасомы, клеточной «системы утилизации».

Мутация K65 (либо для имитации ацетилирования, либо для его блокирования) значительно снижала скорость убиквитинирования и деградации phyA. Это, в свою очередь, нарушало накопление HY5 — нижестоящего фактора транскрипции, центрального в световой сигнализации, — и изменяло экспрессию светочувствительных генов.

Идентификация фермента, ответственного за деацетилирование phyA

Используя методы коиммунопреципитации (Co-IP), команда подтвердила прямую связь: светоиндуцированное деацетилирование в K65 способствует убиквитинированию phyA, что в конечном итоге приводит к его разрушению с помощью 26S протеасомы. Это первый случай, когда учёные идентифицировали «каскад деацетилирования-убиквитинирования» как необходимое условие для светоиндуцированной деградации phyA.

Команда также попыталась определить фермент, ответственный за светоиндуцированное деацетилирование phyA. Тесты показали, что HDT2 связывается специфически с phyA в клеточном ядре после воздействия света.

Биохимические тесты подтвердили роль HDT2: он катализирует деацетилирование phyA в сайте K65 после освещения, непосредственно способствуя убиквитинированию и деградации phyA.

Генетические эксперименты дополнительно подтвердили это: сверхэкспрессия HDT2 ускоряла разрушение phyA в освещённых проростках, тогда как нокаут гена HDT2 подавлял деградацию phyA.

В совокупности эти результаты показали, что HDT2 является ключевым игроком в опосредованной phyA сигнализации дальнего красного света.

Это исследование открывает новые возможности для понимания световой сигнализации у растений и может послужить основой для будущих исследований, направленных на оптимизацию роста сельскохозяйственных культур и устойчивости к стрессам.

Предоставлено Китайской академией наук.

Источник