Аутофагия значительно влияет на метаболизм растений даже в здоровых условиях роста

Новое исследование Вашингтонского университета в Сент-Луисе показывает, что клеточный механизм аутофагии, который помогает растениям перерабатывать материалы в условиях стресса, оказывает значительное влияние на метаболизм даже при здоровом росте и достаточном питании.

Аутофагия — это процесс расщепления повреждённых или ненужных компонентов клетки для повторного использования строительных блоков. В растениях она часто связывается со старением или реакцией на нехватку питательных веществ.

В публикации в журнале Nature Plants исследователи под руководством Ричарда Виерстры описали влияние аутофагии на метаболизм кукурузы (Zea mays), используя комплекс современных "-омиксных" технологий.

Ключевые выводы исследования:

• Растения кукурузы, лишённые ключевого гена аутофагии ATG12, фундаментально отличаются на молекулярном уровне, даже если получают достаточно питательных веществ и развиваются нормально.
• Аутофагия оказала влияние на 25% протеома кукурузы даже в условиях отсутствия голодания.
• Исследование выявило неожиданную роль аутофагии в поддержании протеостаза (белкового гомеостаза).
• У мутантных растений наблюдалось резкое увеличение продуктов распада липидов и изменения во вторичном метаболизме.
• Аутофагия является высокоселективным процессом, целенаправленно распознающим и перерабатывающим определённые клеточные компоненты.

Методология:

Учёные использовали комплексный подход, сравнивая и анализируя транскриптом, протеом, метаболом и ионом проростков кукурузы с геном ATG12 и без него, выращенных с азотным удобрением и без него. Это позволило определить, какие белки синтезируются по-разному или направляются на утилизацию с помощью аутофагии.

Значение для сельского хозяйства:

• Аутофагия оказывает огромное влияние на множество клеточных процессов, которые можно использовать для модификации содержания липидов, масел, вторичных метаболитов и белков в агрономических целях.
• Созданные большие наборы "-омиксных" данных могут быть использованы другими учёными для разработки маркерных метаболитов/белков для мониторинга питательного статуса растений в полевых условиях.

Контекст:

Кукуруза — экономически важная модель и основная зерновая культура в США:

• На её долю приходится более 95% производства и использования фуражного зерна.
• Под кукурузу засеяно более 90 миллионов акров земли.
• США экспортирует от 10 до 20% урожая кукурузы.