Невидимый тюнинг: как растения настраивают рост на молекулярном уровне
В лаборатории Сэйнсбери Кембриджского университета выяснили, как растения тонко управляют своим ростом. Оказалось, почти одинаковые молекулы могут выполнять совершенно разные задачи.
Исследование, опубликованное в Science Advances, посвящено белковому комплексу SCAR/WAVE. Он помогает формировать каркас клетки — цитоскелет, от которого зависит, например, рост корневых волосков (они всасывают питательные вещества) и форма волосков на листьях.
У растений, как и у животных, цитоскелет постоянно перестраивается — так они растут и реагируют на среду. SCAR/WAVE активирует другой белок, ARP2/3, который запускает ветвление актиновых нитей. Гены SCAR/WAVE есть у многих растений, но их несколько, и ученые долго не понимали, зачем нужны такие «копии».
Команда Себастьяна Шорнака изучила два похожих белка, MtAPI и MtHAPI1, у растения Medicago truncatula. Несмотря на сходство, они не взаимозаменяемы. MtAPI критичен для роста корневых волосков, а MtHAPI1 не справляется с этой задачей. Зато в другом растении, Arabidopsis thaliana, MtHAPI1 восстанавливает развитие волосков на листьях, а MtAPI — нет.
Дальше — интереснее. В MtAPI нашли участок из 42 аминокислот, который влияет на стабильность белка. Из-за него MtAPI быстрее разрушается в клетке. Этот же фрагмент работает как «тормоз» и в других белках — даже у других видов.
Раньше никто не понимал, зачем SCAR-белкам такие неупорядоченные участки, — говорит ведущий автор Сабина Брумм. — Теперь ясно: они определяют функцию.
Теперь мы лучше понимаем, как растения контролируют форму клеток, — объясняет Шорнак. — Это может пригодиться, чтобы улучшить их рост или устойчивость.
Исследование показывает, насколько сложно и изящно устроена регуляция белков у растений.
Польза исследования
- Сельское хозяйство — если научиться управлять активностью SCAR-белков, можно усилить корневую систему растений, улучшив их питание и засухоустойчивость.
- Биотехнологии — понимание механизмов стабильности белков поможет создавать ГМ-культуры с заданными свойствами.
- Фундаментальная наука — открытие роли неупорядоченных участков белка меняет представления о регуляции клеточных процессов.
Отметим, что исследование проведено на модельных растениях — Medicago и Arabidopsis. Их биология сильно упрощена по сравнению с сельскохозяйственными культурами. Пока неясно, насколько эти механизмы универсальны.
Ранее ученые опровергли традиционные представления об эволюции растений.
