Салициловая кислота жизненно важна для защиты растений от патогенов, но ее синтез остается неясным. Группа исследователей из Университета Синсю обнаружила, что белок HSR201 является ключевым для ее производства. Они обнаружили, что HSR201 локализуется в определенных органеллах, называемых пероксисомами, посредством уникального сигнала нацеливания. Это открытие улучшает понимание того, как растения производят салициловую кислоту, и может проложить путь к разработке модифицированных культур с улучшенной устойчивостью к болезням.
Растительные гормоны, или фитогормоны, жизненно важны для роста, адаптации и защиты растений. Один из ключевых гормонов, салициловая кислота, имеет решающее значение для иммунитета растений и вырабатывается двумя основными путями: путем изохоризматсинтазы (ICS) и путем фенилаланинаммиаклиазы (PAL).
Многие растительные гормоны производятся посредством процесса, называемого β-окислением в пероксисомах, включая путь, который производит салициловую кислоту. Хотя путь PAL также включает β-окисление, его точный механизм остается неясным.
Недавно исследователи идентифицировали белок бензиловый спирт O-бензоилтрансферазу HSR201, который способствует выработке салициловой кислоты в табаке и может играть ключевую роль в пути PAL. Для дальнейшего изучения этого вопроса группа под руководством доктора Синпэя Катоу, доцента Высшей школы науки и технологий Университета Синсю, вместе с доцентами доктором Юкако Токутаке и доктором Акирой Хосоми, а также профессорами Кацухару Сайто и Шиничи Ёнекурой, все из Университета Синсю, изучили, как HSR201 локализуется в растительных клетках. Работа опубликована в журнале Plant And Cell Physiology .
Они обнаружили, что HSR201 находится в пероксисомах - небольших клеточных компартментах, отвечающих за метаболические процессы, и что его локализация опосредована уникальным сигналом нацеливания, необходимым для выработки салициловой кислоты.
Команда проследила местоположение HSR201 в растительных клетках, пометив его желтым флуоресцентным маркером mVenus и сравнив его с красным флуоресцентным маркером для пероксисом (mCherry-PTS1). «Впервые мы обнаружили, что HSR201 преимущественно локализуется в пероксисоме, и это открытие оказалось довольно неожиданным», - делится доктор Катоу.
Команда сделала поразительные флуоресцентные изображения, на которых HSR201, помеченный mVenus, светится желтым цветом, поскольку он накапливается именно в пероксисомах, выделенных красным цветом, что послужило толчком к исследованию механизма, лежащего в основе этой точной локализации.
Чтобы понять, как HSR201 локализуется в пероксисомах, исследователи создали серию мутантов HSR201 с небольшими изменениями в их аминокислотной последовательности. Они обнаружили, что только определенные последовательности, присутствующие в структуре белка HSR201, позволяли ему проникать в пероксисомы, тем самым идентифицируя уникальный сигнал нацеливания, известный как сигнал нацеливания пероксисом (PTS) на конце белка или C-конце, который был ключевым для этого процесса.
«В отличие от типичных пероксисомальных сигналов нацеливания, PTS HSR201 уникален и не соответствует обычной консенсусной последовательности. Это было удивительным открытием и показало, что HSR201 использует специализированный путь для достижения пероксисомы», — объясняет доктор Катоу.
Они провели больше экспериментов, которые показали, что молекула под названием PEX5 направляет HSR201 к пероксисомам, распознавая его уникальный сигнал PTS. Это подтвердило, что HSR201 использует путь PTS1, а не альтернативный путь PTS2, оба из которых участвуют в локализации белка в пероксисомах. Чтобы подтвердить роль HSR201 в производстве салициловой кислоты, исследователи ввели как нормальную, так и мутировавшую версию белка HSR201 в растения табака.
«Наше главное открытие состояло в том, что только дикий тип HSR201, который был направлен на пероксисомы, увеличивал уровень салициловой кислоты, когда растения подвергались воздействию патогенов, - говорит доктор Катоу. - Это показало, что для того, чтобы растения могли эффективно защищать себя, HSR201 должен находиться в пероксисомах».
HSR201 в основном локализуется в пероксисомах через неканонический PTS. Источник: Plant And Cell Physiology (2024). DOI: 10.1093/pcp/pcae129.
Команда обнаружила, что уникальный PTS HSR201 функционирует в дрожжах, но не в клетках человека, что выявило видоспецифические различия в транспорте белков. Эти результаты подчеркнули потенциальную роль этого белка в создании устойчивых к болезням культур, сосредоточившись на пути салициловой кислоты.
Это исследование проливает свет на то, как путь HSR201 и пероксисомальное нацеливание способствуют производству салициловой кислоты в растениях. Результаты открывают новые возможности для разработки устойчивых к болезням культур, поддержки продовольственной безопасности и устойчивого сельского хозяйства в соответствии с Целями устойчивого развития Организации Объединенных Наций.
Доктор Катоу размышляет о будущих направлениях, заявляя: «Мы обнаружили, что уникальный неканонический путь PTS1 имеет решающее значение для правильной локализации HSR201 в пероксисомах, что жизненно важно для биосинтеза салициловой кислоты. Однако точная роль этого пути по сравнению с типичным (каноническим) путем PTS1 остается неясной. Мы стремимся улучшить наше понимание этого процесса, что может помочь в разработке новых стратегий, потенциально повышающих устойчивость и долговечность сельскохозяйственных культур».
Источник: Shinshu University.
Заглавное фото: Медведева Анна, AgroXXI.ru.