Новый белок регулирует создание целлюлозы в клетках растений

Целлюлоза — ключевой компонент клеточных стенок растений — важный источник пищи, бумаги, текстиля и биотоплива. Однако механизмы регуляции её синтеза в клетках оставались неясными. Команда учёных из Penn State идентифицировала белок, который модифицирует клеточный аппарат, ответственный за производство целлюлозы, стабилизируя его. Это открытие может помочь в разработке более стабильных, обогащённых целлюлозой материалов для биотоплива и других применений.

Внутри растительной клетки комплекс белков, называемый целлюлозосинтазным комплексом, строит цепь целлюлозы. Регуляция этого процесса определяет такие свойства, как время и скорость синтеза, а также длину целлюлозной цепи.

"Целлюлоза — самый распространённый биополимер на Земле, но, несмотря на её важность, о регуляции её синтеза известно относительно мало", — сказал Ин Гу, профессор биохимии и молекулярной биологии в Penn State Eberly College of Science.

Исследователи обнаружили, что белок кальций-зависимая протеинкиназа 32 (CPK32) химически модифицирует один из белков целлюлозосинтазного комплекса — CESA3. Эта модификация, называемая фосфорилированием (добавление фосфатной группы), обратима и играет ключевую роль в регуляции биосинтеза целлюлозы.

Результаты исследования:

• Учёные использовали скрининг для поиска белков, напрямую связывающихся с CESA3, что выявило киназу CPK32.
• Последующие эксперименты подтвердили, что CPK32 фосфорилирует CESA3, и было идентифицировано конкретное место модификации на белке CESA3.
• Растения Arabidopsis с мутацией в сайте фосфорилирования CESA3 показали:
  • Сниженное содержание целлюлозы.
  • Сниженную стабильность целлюлозосинтазного комплекса.
  • Замедленный рост взрослых растений.

"Здесь мы демонстрируем новую функцию CPK32 и новый механизм фосфорилирования в стабилизации целлюлозосинтазного комплекса", — отметил Ин Гу.

Дальнейшие планы: Учёные намерены выяснить, является ли фосфорилирование CESA3 уникальной функцией CPK32 или другие киназы того же семейства также могут регулировать биосинтез целлюлозы.

"Регулируя стабильность целлюлозосинтазного комплекса, мы можем стимулировать клетки производить более длинные целлюлозные цепи и в конечном итоге создавать материалы, обогащённые целлюлозой", — заключил Ин Гу.

Исследование опубликовано в журнале New Phytologist.