Сигнальные белки в системе сои и бактерий раскрывают ключевые клеточные процессы

Изучение взаимодействия корневых волосков сои с симбиотическими азотфиксирующими бактериями Bradyrhizobium japonicum может помочь использовать этот симбиоз для улучшения растений и повышения урожайности, что важно для производства как продуктов питания, так и биотоплива. Корневые волоски сои, чей полный геном известен, представляют собой отличную модель для изучения системной биологии на уровне одной клетки.

Корневые волоски бобовых участвуют в поглощении воды и питательных веществ, а также являются основным местом заражения симбиотическими ризобиями. В месте заражения формируется новый орган — клубенёк, где бактерии фиксируют азот для растения-хозяина, выступая в роли «встроенного удобрения».

Учёные использовали высокочувствительную платформу жидкостной хроматографии-масс-спектрометрии с преобразованием Фурье для характеристики протеома корневых волосков сои и определения их сигнальных каскадов в ответ на колонизацию и заражение ризобиями. В течение 72 часов наблюдали за тремя типами образцов:

• Очищенные корни (без волосков)
• Невозбуждённые корневые волоски
• Инокулированные корневые волоски (с B. japonicum)

Анализ девяти временных точек позволил создать референсную протеомную карту корневых волосков. Было каталогизировано более 5700 белков, некоторые из которых специфичны для корневых волосков и участвуют в клеточных функциях, например, в поглощении питательных веществ.

Также с помощью ультрачувствительной фосфопротеомной платформы и восьмиплексной методологии iTRAQ учёные отследили, как подавляется клеточная система защиты, чтобы позволить клубенькам сформироваться на корнях. Сигналы между клетками корневых волосков и бактериями управляют сложными и быстрыми клеточными изменениями. Эти исследования важны для определения необходимых генетических и белковых мишеней, составляющих основу этого полезного симбиотического взаимодействия.