Ген LIRI1 — ключевой регулятор углеродного баланса между крахмалом и липидами в листьях
Растения запасают углерод в двух основных формах: крахмал и триацилглицерины (TAG). В листьях крахмал запасается в хлоропластах как легкодоступный источник энергии, а TAG в основном накапливаются в семенах для долгосрочного хранения. Существует углеродный компромисс (trade-off): увеличение уровня одной формы часто снижает уровень другой.
Исследователи из Университета Тиба (Япония) использовали прямой генетический подход (forward genetics) для поиска генов, ответственных за этот баланс. Они скринировали мутантные растения Arabidopsis с повышенным уровнем TAG и пониженным содержанием крахмала в листьях.
Методология:
- Для визуализации липидных капель (LD), запасающих TAG, использовали трансген, кодирующий зеленый флуоресцентный белок, слитый с белком CALEOSIN3.
- Мутанты были получены обработкой семян химическим мутагеном этилметансульфонатом.
- Среди отобранных растений был идентифицирован мутант lipid-rich 1-1 (liri1-1), у которого содержание TAG было в 5 раз выше, а крахмала — вдвое ниже, чем у дикого типа.
Ключевое открытие:
Мутация затрагивает ранее неизвестный ген LIRI1, кодирующий неизученный белок. Потеря функции этого гена в хлоропластах приводит к перераспределению углерода:
- В растениях дикого типа LIRI1, предположительно, способствует направлению углерода на синтез крахмала, подавляя его деградацию или ограничивая поток углерода на TAG.
- У мутанта liri1 эти механизмы нарушены, что сдвигает баланс в сторону производства TAG вместо крахмала.
Белок LIRI1 взаимодействует с двумя ключевыми ферментами:
- α-СУБЪЕДИНИЦА АЦЕТИЛ-КОА-КАРБОКСИЛАЗЫ (α-CT) — участвует в биосинтезе жирных кислот.
- СИНТАЗА КРАХМАЛА 4 (SS4) — участвует в биосинтезе крахмала.
Мутантные растения liri1 также демонстрировали дефекты роста и неправильную форму хлоропластов, что подчеркивает важность правильного баланса для нормального развития.
Перспективы:
Открытие роли LIRI1 как ключевого регулятора баланса крахмал-липиды открывает пути для прикладного использования.
- Мутация liri1 может быть использована для создания новых высокомасличных культур или культур с низким содержанием крахмала.
- Такие культуры могли бы стать возобновляемым источником растительного масла для биотоплива и пищевой промышленности.
- Низкокрахмальные варианты могут представлять интерес для диетического питания, например, для людей с диабетом.