Ученые-биологи связывают чувствительность к фосфолипидам с контролем экспрессии генов.
В науке и агропрактике давно знают, что фосфор является важнейшим компонентом роста растений. Недавнее значимое открытие биолога из Университета штата Канзас (K-State) и ее лаборатории ведет к лучшему пониманию того, как растения обнаруживают и используют этот ресурс, что потенциально ведет к более эффективному производству сельскохозяйственных культур для продовольствия, волокон и топлива, пишет Тейлор Провайн в релизе университета.
Группа исследователей под руководством доцента кафедры биологии Катрин Шрик опубликовала это исследование в журнале New Phytologist.
Ученые сосредоточилась на определенном факторе транскрипции, который регулирует экспрессию генов во время развития. Они открыли новый тип молекулярного взаимодействия между белком и жирорастворимой молекулой, содержащей фосфор, тип фосфолипида. Фосфолипид связывается с фактором транскрипции, который затем регулирует уровни экспрессии генов.
«У нас есть связь между связыванием фосфолипида с регуляторным белком и экспрессией гена, которая фактически происходит в результате этого. И у нас есть модель того, как все это работает. В этом случае восприятие происходит через внешний слой, в эпидермисе растения, и каким-то образом растение должно выяснить, сколько фосфора ему доступно, чтобы регулировать свой рост», - говорит Шрик.
Вкратце, факторы транскрипции (TF) гомеодоменной лейциновой молнии IV (HD-Zip IV) растений содержат эволюционно консервативный домен переноса липидов (START), связанный с стероидогенным острым регуляторным белком (StAR). Хотя домен START необходим для активности TF, его предполагаемая роль в качестве сенсора липидов не ясна.
«Здесь мы использовали тандемную аффинную очистку из клеточных культур модельного растения Arabidopsis, чтобы продемонстрировать, что PROTODERMAL FACTOR2 (PDF2), представительный член, который контролирует эпидермальную дифференциацию, рекрутирует лизофосфатидилхолины (LysoPC) в START-зависимой манере. Микромасштабные термофоретические анализы подтвердили, что миссенс-мутация в предсказанном сайте контакта лиганда снижает связывание лизофосфолипидов. Мы также обнаружили, что PDF2 действует как транскрипционный регулятор генов, связанных с голоданием фосфолипидов и фосфата (Pi), и связывается с палиндромным октамером с консенсусом к элементу ответа Pi. Гомеостаз фосфолипидов и рост удлинения были изменены у мутантов pdf2 в зависимости от доступности Pi. Эксперименты выявили роль START в поддержании уровней белка, а голодание Pi привело к усилению дестабилизации белка, что предполагает механизм, посредством которого связывание липидов контролирует активность TF. Мы предполагаем, что домен START служит молекулярным сенсором для статуса фосфолипидов мембран в эпидермисе. Наши данные дают представление о том, как липидный метаболом интегрирует доступность Pi с экспрессией генов», поясняют исследователи.
PDF2 START связывает лизофосфатидилхолин (LysoPC) в культурах клеток Arabidopsis. (a) Белки PDF2 и pdf2 ΔSTART, используемые для экспериментов по тандемной аффинной очистке (TAP). Источник: New Phytologist (2024). DOI: 10.1111/nph.19917
Шрик подчеркивает, что сегодня важно создавать растения, которые могут эффективно использовать фосфор. Результаты работы команды могут помочь ученым разработать сорта сельскохозяйственных культур, которые могли бы лучше использовать свой доступный фосфор, чтобы противостоять засухе и изменению климата, а также позволяли бы сократить внесение химических удобрений.
«Это важное открытие напрямую связывает фосфолипидное восприятие с контролем экспрессии генов. Значимость этой работы в том, что она показывает, как растения используют информацию об уровнях фосфата из окружающей среды и внутри своих клеток, чтобы изменять, какие гены включаются или выключаются», - заключила Шрик.
Соавторами публикации выступили студенты бакалавриата K-State, в том числе София Пири и Эшли Панагакис, биология; Кайл Томпсон, диетология; и Грэм Мэтьюз, компьютерные науки. Соавторами также являются Билал Ахмад, нынешний докторант по биологии; Аашима Хосла и Бибек Субеди, бывшие докторанты; и Тия Мукерджи и Сюэюн Ху, бывшие постдокторанты в лаборатории Шрик.
Работа в публикации является результатом продолжающегося сотрудничества с группой Александры Скириц, доцента биохимии и молекулярной биологии в Мичиганском государственном университете и бывшего руководителя исследовательской группы в Институте молекулярной физиологии растений Макса Планка в Германии. Лаборатория Скириц провела исследования связывания и масс-спектрометрические работы для установления взаимодействия белок-липид, в то время как группа Шрик провела генетические и молекулярные исследования, связывающие взаимодействие с биологической функцией, относящейся к росту растений.
Источник: Kansas State University. Автор: Тейлор Провайн.
Заглавное фото: Медведева Анна, AgroXXI.ru.