Исследователи модифицировали дрожжи, чтобы показать, как растения реагируют на ключевой гормон

Гормоны растений — это небольшие сигнальные молекулы, которые регулируют рост стебля, образование листьев и цветов, развитие корней и реакцию на стресс. Понимание их работы критически важно для решения задач продовольственной безопасности в условиях изменения климата. Однако детали того, как гормон ауксин влияет на множество генов, оставались неясными.

Исследователи из Вашингтонского университета создали новый инструментарий на основе модифицированных клеток дрожжей Saccharomyces cerevisiae, чтобы выяснить, как гены и белки растений реагируют на ауксин — самый распространённый растительный гормон. Их система, описанная в статье в Proceedings of the National Academy of Sciences, позволила расшифровать базовые эффекты ауксина на семейство генов, которые растения используют для обнаружения и интерпретации ауксиновых сигналов.

Ауксин действует на участки ДНК (промоторы), чтобы включать или выключать близлежащие гены. Однако ответ неоднозначен: одни гены активируются, другие подавляются. Белки растений опосредуют эти разнообразные реакции, связываясь с ауксином, а затем с промоторами.

Учёные сконструировали дрожжевые клетки, чтобы они экспрессировали белки, реагирующие на ауксин, и могли измерять, как ауксин изменяет состояние ключевых растительных генов, также встроенных в клетки. Это позволило им реконструировать систему ответа на ауксин «по частям» в контролируемой среде.

Эксперименты выявили базовый «код» ауксиновой сигнализации — как специфические комбинации репрессорных или активирующих белков могут связываться с ауксином, ДНК и друг с другом, влияя на поведение клетки. Например, было показано, что активирующий белок ARF19 должен связаться с идентичным белком, чтобы полностью включить гены. С другой стороны, многие белки, заглушающие гены, не нуждаются в партнёре для их выключения.

Этот дрожжевой инструмент, разработанный в сотрудничестве с профессором электротехники Эриком Клавинсом, может раскрыть больше деталей действия ауксина в растительных клетках. Цель — дать фермерам и генетикам растений знания для целенаправленного изменения сигнальных путей гормонов, чтобы повысить урожайность и устойчивость сельскохозяйственных культур к засухам и изменению климата.