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.
