Раскрыт механизм регуляции размера зерна риса через окислительно-восстановительный контроль белка GS3

Исследовательская группа под руководством профессора Ли Юньхая из Института генетики и биологии развития Китайской академии наук обнаружила ранее неизвестный механизм, регулирующий размер зерна риса — ключевой фактор урожайности и качества культуры.

Результаты, опубликованные в The EMBO Journal, показывают, как окислительно-восстановительно-зависимые молекулярные взаимодействия действуют как «переключатели» и «ножницы», тонко настраивая развитие зерна.

Размер зерна риса напрямую влияет на урожайность и рыночную стоимость, и давно известно, что белок GS3 подавляет удлинение зерна. Природные мутации, снижающие активность GS3, широко используются в селекции риса для получения более длинных зерен. Однако точный молекулярный механизм контроля функции GS3 до сих пор оставался неясным.

Исследователи обнаружили, что GS3 образует молекулярные кластеры (олигомеры) через дисульфидные связи — химические связи между атомами серы в белках. Эти кластеры снижают способность GS3 взаимодействовать с другим регуляторным белком роста (G-белковой субъединицей RGB1), тем самым ослабляя его ограничение на удлинение зерна.

Учёные идентифицировали фермент глутаредоксин WG1 как молекулярные «ножницы» в этой системе. WG1 расщепляет дисульфидные связи, удерживающие кластеры GS3 вместе, превращая их обратно в мономеры — отдельные активные молекулы, способные сдерживать удлинение зерна. Эта окислительно-восстановительно-чувствительная трансформация подчеркивает динамическую регуляторную систему, управляемую окислительными условиями в клетке.

Исследователи также обнаружили, что богатый цистеином C-концевой регион GS3 необходим для образования кластеров, что объясняет, почему природные варианты GS3 с укороченными хвостами приводят к более коротким зернам.

Это открытие связывает окислительно-восстановительную биологию с сельскохозяйственной наукой. «Это первая демонстрация окислительно-восстановительной регуляции в передаче сигналов G-белков у растений. Оно прокладывает путь для управления белковыми взаимодействиями с помощью окислительно-восстановительной инженерии.

Направленное редактирование гена богатого цистеином региона GS3 может позволить точно корректировать длину зерна — перспективная стратегия для будущего «дизайнерского риса» с потенциальной пользой для различных сельскохозяйственных культур», — сказал профессор Ли Юньхай, ведущий исследователь.