Растения преодолевают голод с помощью аутофагии

Исследователи из Университета Тохоку обнаружили, что растения активируют аутофагию в клетках листьев, чтобы получить аминокислоты, используемые для выживания в условиях нехватки энергии. Результаты показывают, что утилизацию аминокислот у растений можно контролировать, манипулируя аутофагией.

Растения используют солнечную энергию для роста в процессе фотосинтеза. Реакции фотосинтеза происходят в хлоропластах — внутриклеточных компартментах зелёных органов, в основном листьев. В природе растения могут не получать достаточно солнечного света, если их затеняют соседние растения. Недостаток света из-за аномальной погоды или стихийных бедствий, таких как наводнения, сильно подавляет получение энергии сельскохозяйственными культурами.

Доктора Масанори Идзуми и Хироюки Исида ранее показали, что хлоропласты растений активно перевариваются с помощью процесса аутофагии при слабом освещении. Аутофагия — это процесс, при котором эукариотические клетки потребляют часть внутриклеточных белков. Исследователи сосредоточились на точной роли аутофагии, нацеленной на хлоропласты, в стратегии выживания растений при стрессе, вызванном нехваткой энергии.

Согласно исследованию, когда растения Arabidopsis thaliana помещают в полную темноту, они могут продолжать расти несколько дней: быстро активируется аутолитическое переваривание белков хлоропластов, и повышается уровень аминокислот. Этот ответ на ранней стадии энергетического стресса подавлен у мутантных растений, лишённых аппарата аутофагии.

Группа также обнаружила, что у дикого типа Arabidopsis повышается уровень аминокислот с разветвлённой цепью (BCAA), тогда как у мутантов этот рост сильно нарушен. Мутанты, лишённые ферментов, необходимых для повторного использования BCAA в качестве источника энергии, также показали сниженную устойчивость к стрессу голодания.

Рециклинг аминокислот важен для продуктивности сельскохозяйственных культур, поскольку аминокислоты, полученные при распаде белков, мобилизуются и накапливаются в семенах зерновых культур перед сбором урожая. Полученные данные позволяют предположить, что манипулирование аутофагией позволяет растениям изменять использование аминокислот. Исследователи полагают, что дальнейшее выяснение механизмов регуляции хлоропластной аутофагии может открыть новые пути для повышения качества или продуктивности при выращивании зерновых.