Новое исследование показывает, как растения чувствуют мир

У растений нет глаз и ушей, но они могут видеть, слышать, обонять и реагировать на экологические сигналы и опасности, особенно на вирулентные патогены. Они делают это с помощью сотен мембранных белков, которые могут ощущать микробы или другие стрессы.

Только небольшая часть этих чувствительных белков изучалась с помощью классической генетики, и знаний о том, как эти датчики функционируют путем образования комплексов друг с другом, на сегодняшний день очень мало.

Теперь международная команда исследователей из четырех стран, включая Шахида Мухтара, доктора философии и аспиранта Тимоти  Хоутона из Университета Алабамы в Бирмингеме, создала первую сетевую карту для 200 из этих белков. На карте показано, как несколько ключевых белков действуют как ведущие узлы, критичные для целостности сети, а также отображаются неизвестные взаимодействия.

«Это новаторская работа по выявлению первого слоя взаимодействий между этими белками», — сказал Мухтар, доцент кафедры биологии. «Понимание этих взаимодействий может привести к путям повышения устойчивости растений к патогенам или к другим стрессам, таким как жара, засуха, соленость или холодный шок. Это также может стать дорожной картой для будущих исследований ученых всего мира». Исследование опубликовано в журнале Nature.

Новая карта сети полного взаимодействия была сосредоточена на одном из наиболее важных классов этих чувствительных белков — богатых лейцином рецепторных киназах* или LRR-рецепторных киназах, которые структурно подобны человеческим плацебоподобным рецепторам.

  Ученые нашли у медведей ДНК их вымерших родственников

LRR-рецепторные киназы представляют собой семейство белков как у растений, так и у животных, которые в значительной степени ответственны за восприятие окружающей среды. В растениях они имеют внеклеточный домен белка*, выходящий за пределы клеточной мембраны, который может распознавать химические сигналы, такие как гормоны роста или части белков от патогенов. Затем рецепторные киназы инициируют реакции на эти сигналы внутри клетки, используя внутриклеточный домен белка.

Растение Arabidopsis thaliana содержит более 600 различных рецепторных киназ — в 50 раз больше, чем у людей, — которые имеют решающее значение для роста растений, развития, иммунитета и стрессовой реакции. До сих пор только небольшая их часть имела известные функции, и мало что было известно о том, как рецепторы могут взаимодействовать друг с другом для координации ответов на возникающие сигналы.

Для исследования лаборатория Белхадира проверила взаимосвязи между внеклеточными доменами рецепторов в паре, работая с более чем 400 внеклеточными доменами LRR-рецепторных киназ и выполнив 40 000 тестов на взаимодействие.

Положительные взаимодействия были использованы для создания карты взаимодействия, показывающей, как эти рецепторные киназы взаимодействуют друг с другом, и было выявлено в общей сложности 567 высокоуровневых взаимодействий.

Ученые проанализировали карту взаимодействия рецепторов с использованием алгоритмов для генерации различных гипотез, и эти предсказания были подтверждены в лабораториях Белхадира и Кирилл Зипфель, из лаборатория Сейнсбери, г. Норвич, Великобритания.

  Тропические леса Амазонки и влияние на них индейцев Южной Америки

В UAB Мухтар и Хоутон тестировали 372 внутриклеточных домена LRR-рецепторных киназ, у которых внеклеточные домены показали высокоуровневые взаимодействия, чтобы убедиться, что внутриклеточные домены также проявили сильные взаимодействия. В более половины случаев оказалось, что образование этих рецепторных комплексов требуется для восприятия сигнала и последующей передачи сигнала. Это также указывает на валидацию биологического значения взаимодействия внеклеточного домена.

Лаборатория Шахида Мухтара в UAB изучила почти все внутриклеточные области LRR-рецепторных киназ Arabidopsis. «Это часть усилий направлена на то, чтобы понять, как растения реагируют на патогены или как патогены захватывают иммунную систему», — говорит Мухтар.

Исследование Nature включало два крупных сюрприза, говорит Адам Мотт, доктор философии из Университета Торонто. Во-первых, LRR-рецепторные киназы с небольшими внеклеточными доменами чаще взаимодействуют с другими киназами LRR-рецепторов, чем те, которые имеют большие домены. Это говорит о том, что небольшие рецепторные киназы эволюционировали для координации действий других рецепторов. Во-вторых, исследователи идентифицировали несколько неизвестных LRR-рецепторных киназ, которые являются критическими для целостности сети.

Было предсказано, что наиболее важный из них, получивший название APEX, вызывал серьезные сбои в остальной сети, если его удалить. Исследователи обнаружили, что удаление APEX и нескольких других известных LRR-рецепторных киназ действительно нарушало развитие растений и их иммунные ответы, даже несмотря на то, что эти реакции контролируются рецепторными киназами в нескольких сетевых шагах от узла APEX.

  Африканский гриф оказался под угрозой исчезновения из-за свинцовых пуль

Это новое понимание того, как взаимодействуют рецепторные киназы, может помочь исследователям определить важные рецепторные киназы, которые могут модифицировать реакции на патогены в коммерческих культурах, чтобы сделать их устойчивыми к экологическим стрессам, таким как глобальное потепление и патогенные микроорганизмы.

«Сеть, разработанная в этом исследовании, позволяет будущим исследователям понять ранее неизвестную связь этих рецепторов», — сказал Хоутон. «Эти знания могут быть использованы для лучшего понимания того, как растения воспринимают свою среду в полном контексте рецепторов растительной клетки».

Источник: ab-news.ru

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться для отправки комментария.