Перейти к содержимому





Фотография
- - - - -

Прорыв в изучении «чувств» растений

Написано Редактор Biohab.RU , 07 Февраль 2018 · 2 530 Просмотров

Прорыв в изучении «чувств» растений

Прорыв в изучении «чувств» растений

 

· Растения реагируют на многие физические, химические и биологические раздражители, они борются с патогенами, им свойствен гомеостаз. Все эти реакции очень сложны, в них участвуют сотни мембранных белков, обладающих рецепторной активностью. Лишь небольшая часть этих белков была изучена при помощи классической генетики, физиология растений все еще оставалась загадкой.

 

· Создание карты

 

Сейчас международная команда исследователей университета Алабамы создала первую карту, включающую 200 таких белков. Карта показывает работу ключевых белков, а также выявляет неизвестные ранее взаимодействия. «Это работа является первой ступенью для идентификации первых, «запускающих» белков. Понимание взаимодействий белков приведет нас к возможности повысить устойчивость растений к патогенам и климатическим условиям. Это также будет способствовать разработкам более совершенных карт, объясняющих физиологию растений» - говорит ассистент профессора биологии в в UAB College of Arts and Science. Глава международной команды исследователей - Youssef Belkhadir, Ph.D., Gregor Mendel Institute of Molecular Plant Biology, Vienna, Austria. Результаты исследований были опубликованы в журнале Nature.

 

Особое внимание создатели карты уделили одному из важнейших классов белков- LRR (the leucine-rich repeat receptor kinases) – рецепторные киназы, богатые лейцином. Они структурно похожи на toll-рецепторы человека. Семейство LRR-рецепторов свойствено и растениям, и животным. В растениях такие белки имеют еще специальный внеклеточный белковый домен, находящийся за пределами плазмолеммы и являющийся рецептором к растительным гормонам и к патогенным белкам. Рецепторные киназы инициируют сигнальный ответ внутри клетки посредством внутриклеточного домена белка.

 

· Исследование
Модельный объект- растение Arabidopsis thaliana- содержит более 600 разновидностей рецепторных киназ – это в 50 раз больше, чем у человека. Они необходимы для роста растения, его развития, иммунного и стрессового ответа. До сих пор известны функции лишь небольшой части этих белков, и только для единиц открыт принцип работы и координации сигнала.
В ходе исследования в лаборатории Belkhadir было проведено более 40000 «тестов на взаимодействия» с использованием около 400 внеклеточных доменов. На основе успешных взаимодействий, полученных в этом опыте, была составлена карта, показывающая, как взаимодействуют рецепторные киназы как минимум в 567 случаях.
Лаборатории David Guttman, Ph.D и Darrell Desveaux, Ph.D университета Торонто анализировали карту белковых взаимодействий и выдвинули разные гипотезы. Эти гипотезы были подтверждены в лабораториях Belkhadir и Cyril Zipfel, Ph.D., The Sainsbury Laboratory – лаборатория Великобритании.

 

В UAB, Muktar и Howton провели тестирование, используя 372 внутриклеточных домена тех LRR-рецепторов, которые показали высокую реакционную активность внеклеточных доменов в предыдущих опытах. Это исследование было проведено с целью выяснить так же ли «активен» их внутренний домен, как внешний.
Действительно, для более чем половины киназ была свойствена активность обоих доменов, что позволило сформировать предположение, что именно эти конформационные формы рецепторных комплексов предназначены для восприятия сигнала и проведения его внутрь клетки.
Это исследование также подтвердило гипотезу важного биологического значения внеклеточных белковых доменов рецепторных киназ.
Помимо этого The Muktar Laborotary клонировала почти все «активные» внутриклеточные домены киназ. «Это попытка понять, как реагируют растения на патогены и как патогены атакуют клетки» - говорят профессора.

 

Также было сделано два важных открытия:
1. LRR-рецепторные киназы, имеющие небольшой внеклеточный домен чаще взаимодействовали с другими LRR-рецепторными киназами, чем те, что имели большой внеклеточный домен. На базе этого открытия было выдвинуто предположение, что киназы с небольшим внешним доменом выполняют координирующую (регуляторную) функцию для других киназ.
2. Были обнаружены киназы, необходимые для функционирования сигнального ответа растения. Одной из важнейших является дублированная APEX. При ее удалении рабочая «сеть белковых
взаимодействий» претерпевает серьезные разрушения. Удаление APEX, а также нескольких других известных киназ значительно ухудшает развитие растения и его иммунитет.

 

· Новое понимание работы рецепторных киназ позволит выявить самые важные из них, за счет чего станет возможным модификация растительного ответа на стресс для коммерческих нужд, а так же появится возможность создавать растения, устойчивые к стрессам и изменениям факторов среды.

 

Дальнейшие исследования, надеемся, обнаружат взаимосвязи и взаимодействия всех рецепторных киназ, что позволит сформировать целостную картину ответных реакций растений на различные раздражители.

 

Журнал Nature: “An extracellular network of Arabidopsis leucine-rich repeat receptor kinases”

 

Перевод статьи http://www.uab.edu/n...sense-the-world