Некоторые растения, например, бобовые, развивают специализированные корневые органы, называемые клубеньками, внутри которых они устанавливают симбиотическую связь с азотфиксирующими бактериями. В результате этого процесса, называемого ризобиальным симбиозом, растения получают азот от бактерий, которые, в свою очередь, получают углеродсодержащие соединения, образующиеся в процессе фотосинтеза, от растений.
Выяснение молекулярной основы этого взаимодействия имеет фундаментальное значение для биологии растений и имеет существенные последствия для устойчивого сельского хозяйства, как подчеркивают авторы открытия из Университета Цукубы.
Транскрипционный фактор NODULE INCEPTION (NIN) имеет решающее значение для симбиоза ризобий. Исследования показывают, что NIN регулирует гены, участвующие в образовании клубеньков, заражении ризобиями и симбиотической фиксации азота, которая преобразует атмосферный азот в аммиак для растения-хозяина. Однако, как NIN приобрел специфические для симбиоза регуляторные функции, отличающие его от близкородственных членов семейства NIN-LIKE PROTEIN (NLP), в процессе эволюции растений, оставалось неясным.
В исследовании, опубликованном в журнале Science Advances, авторы изучили молекулярные механизмы, посредством которых NIN может связываться с более широким спектром последовательностей ДНК, чем его близкие гомологи, используя в качестве модельной системы бобовое растение лядвенец японский (Lotus japonicus).
Сначала они идентифицировали короткий аминокислотный мотив, расположенный непосредственно ниже домена связывания ДНК RWP-RK, который называется следующим мотивом RWPRK (FR).
Интересно, что этот FR-мотив стабилизирует образование димеров и обеспечивает NIN более широкую специфичность связывания ДНК, чем NLP. У L. japonicus мутанты NIN, лишенные FR-мотива, демонстрировали нарушение ризобиальной инфекции и значительно сниженную фиксацию азота в клубеньках, что показывает, что FR-мотив необходим для функционирования NIN.
Дальнейшие эволюционные анализы выявили этот мотив FR в некоторых линиях растений, существовавших до появления ризобиального симбиоза. Эти результаты позволяют предположить, что NIN эволюционировал путем заимствования существовавших ранее молекулярных особенностей предковых транскрипционных факторов NLP.
Данное исследование демонстрирует, как относительно небольшие структурные изменения в факторах транскрипции могут создавать новые биологические и регуляторные функции, предоставляя фундаментальные сведения для будущего развития устойчивых сельскохозяйственных технологий.
Источник: University of Tsukuba.
