Ферменты для синтеза клеточной стенки консервативны у разных видов растений

Растения формируют жесткие структуры, такие как стебли и стволы деревьев, благодаря стабильной клеточной стенке. Её основной компонент — целлюлоза, на которую приходится почти 50% материала стенки. Целлюлоза — самый производимый макромолекул в природе (около миллиарда тонн в год).

До недавнего времени знания о синтезе целлюлозы в основном были получены на модельном растении резуховидке Таля (Arabidopsis thaliana), которая не имеет экономического значения. Группа Стаффана Перссона из Института молекулярной физиологии растений Макса Планка показала, что эти знания можно перенести на другие виды растений и расширить.

• Типы клеточных стенок: Растущие клетки окружены эластичной первичной клеточной стенкой. После завершения роста некоторые типы клеток (например, водопроводящие сосуды) формируют жесткую вторичную стенку. Целлюлоза — ключевой компонент обоих типов.
• Синтез целлюлозы: Происходит в клеточной мембране с помощью ферментного комплекса, состоящего из трех различных белков CesA (целлюлозосинтаза). Они связывают молекулы сахара и выводят растущую цепь из клетки, образуя прочные микрофибриллы.

Цель исследования — идентифицировать гены у важных сельскохозяйственных культур (ячмень, рис, пшеница, тополь, соя), которые выполняют те же функции, что и уже охарактеризованные гены у Arabidopsis.

Для этого ученые использовали ко-экспрессионный анализ. Этот метод позволяет выявить, какие семейства генов активны одновременно и в тех же клетках, что и гены CesA, а значит, вероятно, также вовлечены в синтез целлюлозы.

Ключевые результаты анализа:

• Гликозилтрансферазы (ферменты, переносящие активированные сахарные группы) постоянно присутствовали в ко-экспрессионных сетях у всех изученных видов. Это указывает на их важную, хотя пока неизвестную, роль в процессе синтеза целлюлозы.
• Гены, кодирующие компоненты цитоскелета, были сильнее связаны с генами CesA, специфичными для первичной стенки. Это говорит о более важной роли цитоскелета в синтезе первичной стенки.
• Многие гены, связанные с сигнализацией и деградацией белков, также постоянно ко-экспрессировались с генами CesA.

«Наш метод позволяет систематически анализировать целые геномы разных сельскохозяйственных культур с целью обнаружения функциональных связей между семействами генов», — говорит Перссон. Ко-экспрессионный анализ — многообещающий инструмент для переноса знаний, ранее ограниченных Arabidopsis, на другие экономически значимые растения.