Обнаружены недостающие гены в пути биосинтеза гормонов, что указывает на тонкий контроль роста риса

Гиббереллины (GAs) — это растительные гормоны, стимулирующие рост и участвующие в широком спектре процессов от прорастания семян до развития цветков. Однако детали биосинтеза GAs до конца не выяснены. Хироши Магоме и его коллеги из Исследовательской группы по открытию генов в RIKEN Center for Sustainable Resource Science идентифицировали гены двух ферментов "цитохрома P450", участвующих в биосинтезе GA у риса.

Команда Магоме обнаружила, что у мутантных растений риса без генов CYP714B1 и CYP714B2 удлинялись верхние междоузлия, что указывает на роль этих генов как негативных регуляторов роста. Сверхэкспрессия этих генов в Arabidopsis, напротив, приводила к появлению полукарликовых растений.

Определенные атомы углерода в молекулах GA могут быть связаны либо с водородом (H), либо с гидроксильной группой (OH). В 13-м положении соотношение между этими формами определяется ферментами GA 13-оксидазами, которые гидроксилируют группу –H до –OH. CYP714B1 и CYP714B2 — это первые охарактеризованные гены GA 13-оксидаз, представляющие собой ключевое недостающее звено в пути биосинтеза GA.

У риса-мутанта без генов CYP714B1 и CYP714B2 уровни 13-OH GAs были снижены, а 13-H GAs — повышены, что указывает на их основную роль в 13-гидроксилировании GA у риса. Исследователи также обнаружили, что экзогенное применение биологически активных GAs повышает экспрессию обоих генов, что свидетельствует о гомеостатическом механизме регуляции уровня GA в рисе.

Функциональный анализ с применением рекомбинантных белков CYP714B1 и CYP714B2 к различным субстратам GA позволил команде определить конкретный этап синтеза GA, на котором действуют эти белки: гидроксилирование GA12 с образованием GA53. У цветковых растений GA12 является предшественником высокоактивного GA4, а GA53 — предшественником слабоактивного GA1. Таким образом, подавление роста с помощью CYP714B1 и CYP714B2 вызвано гидроксилированием GA12, что в дальнейшем приводит к продукции менее активного GA.

У риса слабоактивный GA1 является преобладающей формой GA в большинстве тканей. Магоме предполагает, что это неочевидное наблюдение может указывать на жесткий контроль роста через незначительные модификации слабоактивных GAs, в дополнение к более драматичным изменениям, обеспечиваемым активным GA4. Такой комбинированный подход может позволять растениям тонко настраивать свой рост в соответствии с обстоятельствами. Умеренное подавление роста растений, обеспечиваемое CYP714B1 и CYP714B2, также ассоциируется с улучшением урожайности сельскохозяйственных культур. «Наши открытия обнадеживают для разработки новых технологий контроля роста растений», — говорит Магоме.