Новый биосенсор визуализирует гормон ауксин в клетках растений

Учёные из Университета Байройта и Института биологии развития Макса Планка в Тюбингене разработали новый сенсор AuxSen, который в реальном времени показывает пространственное распределение ключевого гормона роста растений — ауксина — в клетках живых растений. Результаты опубликованы в журнале Nature.

Ауксин контролирует множество процессов: развитие зародыша, формирование корневой системы, ориентацию роста к свету. Для координации ответов на внешние стимулы гормон должен быстро перераспределяться в тканях. AuxSen впервые позволяет наблюдать эту динамику в реальном времени с помощью световых сигналов.

Ключевые особенности сенсора:

• Это искусственный белок, который растения производят сами после генетической модификации.
• Работает на принципе флуоресцентного резонансного переноса энергии (FRET): свечение усиливается при связывании белка с ауксином.
• Обладает высокой специфичностью к ауксину и оптимальной силой связывания, не нарушающей естественные функции гормона.

Пример открытия с помощью AuxSen:
При переворачивании растения ауксин, ответственный за рост корня, перераспределяется на новую нижнюю сторону кончика корня всего за одну минуту. После возвращения в нормальное положение исходное распределение восстанавливается также за минуту.

Разработка и перспективы:

Сенсор создан в результате многолетнего междисциплинарного сотрудничества в области белковой инженерии и биологии растений. Исходный белок бактерии E. coli, связывающий триптофан, был модифицирован. Было создано и протестировано около 2000 вариантов, пока не был получен белок, избирательно связывающий ауксин и запускающий FRET-сигнал.

Растениям внедрили ген, позволяющий производить большое количество AuxSen по команде (с помощью специального вещества) и на короткое время. Это даёт точные «снимки» распределения ауксина без постоянного вмешательства в его работу.

Учёные ожидают, что AuxSen откроет много новых неожиданных insights о работе растений и их реакции на внешние условия, и призывают научное сообщество к дальнейшим исследованиям в этом направлении.