Новые открытия в области G-белков растений: от эволюции до урожайности
Учёные из Центра растениеводства имени Дональда Дэнфорта совершили серию открытий, раскрывающих ключевую роль гетеротримерных G-белков в развитии растений, устойчивости к стрессу и повышении урожайности. Исследования лаборатории Соны Пандей, финансируемые NSF и NIFA, дали новую информацию об эволюции этих белков и их функции.
Эволюционная значимость и жизненный цикл
Гетеротримерные G-белки, присутствующие у всех эукариот, действуют как молекулярные переключатели. Работа в сотрудничестве с группой доктора Ральфа Куатрано показала, что G-белки необходимы для завершения жизненного цикла мха — представителя базальной линии растений. Генетическое удаление определённых субъединиц G-белка препятствовало образованию спорофита (единственной диплоидной стадии). Это опровергло предыдущее представление о необязательной, модуляторной роли G-белков у растений (Plant Physiology, 22.08.2016).
Механизмы регуляции и эволюция
Исследование, проведённое совместно с лабораториями Тоби Келлога и Джо Джеза, показало, что белки Regulator of G-protein Signaling (RGS) широко распространены в линии однодольных, несмотря на частую их потерю. Функциональный интерфейс между Gα-субъединицей и белками RGS консервативен у всех организмов, включая растения и человека (New Phytologist).
Лаборатория Пандей также обнаружила роль фосфолипазы Dα1 (PLDα1) в регуляции цикла G-белка, что указывает на дополнительное разнообразие регуляторных механизмов у растений. Показано, что одни и те же субъединицы G-белка и их модуляторы проявляют различные взаимодействия в зависимости от конкретного сигнального пути (The Plant Journal, DOI: 10.1111/tpj.13151).
Прикладное значение: симбиоз и урожайность
В прикладных аспектах исследований было обнаружено, что G-белки регулируют образование клубеньков у бобовых, таких как соя. Рецепторы восприятия Nod-фактора взаимодействуют с компонентами G-белка и фосфорилируют их, контролируя число клубеньков (The Plant Cell, DOI: 10.1105/tpc.15.00517).
Исследования, связанные с повышением урожайности, сфокусированы на субъединице типа III Gγ, впервые обнаруженной в сое. Была подтверждена её роль в улучшении урожая, эффективности использования азота и стрессоустойчивости. Эта работа привела к получению гранта от NSF для изучения механизма действия этих белков.
«G-белки и их модуляторы критически важны, — говорит Сона Пандей, — они играют ключевую роль в развитии растений, включая размер и производство плодов и семян, защиту от вредителей и реакцию на абиотические стрессы, такие как засуха». Понимание их функций — важный шаг к созданию решений для повышения урожайности и решения экологических проблем в сельском хозяйстве.