Освещая путь эволюции растений: учёные исследуют важность двухпоровых каналов

Двухпоровые каналы (TPCs) — древние ионные каналы, присутствующие в клетках животных и растений. У высших сосудистых растений, таких как Arabidopsis thaliana и Oryza sativa (рис), единственный ген TPC участвует в работе медленных вакуолярных (SV) каналов, дальнем сигналинге, защите и реакциях на стресс. Однако функция белков TPC у несеменных мхов и печёночников — одних из древнейших организмов на Земле — почти неизвестна.

Исследователи из Токийского университета науки (Япония) и Университета Марии Кюри-Склодовской (Польша) изучили эволюционное и физиологическое значение TPC у печёночника Marchantia polymorpha. Статья была опубликована онлайн в декабре 2021 года, а в печати — в февральском номере Plant and Cell Physiology за 2022 год, где также получила статус «Выбор редакции» и «Исследовательский хайлайт». Финансирование было предоставлено Японским обществом содействия науке (JSPS) и Национальным научным центром Польши.

Геном M. polymorpha содержит три гомолога TPC: MpTPC1 (относится к типу 1) и MpTPC2 и MpTPC3 (оба относятся к типу 2). Учёные провели филогенетический анализ генов TPC у зелёных растений, определили локализацию белков с помощью флуоресцентной метки, создали мутантные растения с нефункциональными генами с помощью CRISPR-Cas9 и измерили ионные токи в изолированных вакуолях методом patch-кламп.

Ключевые результаты:

• Филогенетический анализ показал, что гены TPC типа 1 консервативны у всех наземных растений, а гены типа 2 найдены у водорослей, но отсутствуют у высших сосудистых растений и антоцеротовых. Это означает, что тип 2 возник до выхода растений на сушу, но был утерян у некоторых линий.
• Все три белка TPC локализованы на вакуолярной мембране.
• Мутант без функционального гена TPC1 не проявлял активности SV-каналов. Мутанты по генам TPC2, TPC3 или обоим вместе демонстрировали обычную активность SV-каналов.
• Активаторы животных TPC, такие как фосфатидилинозитол-3,5-бисфосфат и никотиновая кислота адениндинуклеотид фосфат, не влияли на ионную проводимость в вакуолях мутантов.

Вывод: TPC типа 1, универсальные для всех наземных растений, ответственны за формирование медленных вакуолярных (SV) каналов. TPC типа 2, вероятно, кодируют ионные каналы, отличные как от SV-каналов, так и от животных TPC.

Это исследование даёт важные функциональные и эволюционные данные о семействе TPC у растений. В будущем эти знания могут быть использованы для улучшения роста растений и их защиты от биотического и абиотического стресса, что актуально для сельского хозяйства.