Обнаружена новая роль известной молекулы как растительного гормона

Исследователи из Университета Мэриленда (UMD) обнаружили совершенно новую роль для известной растительной молекулы ACC, представив первый ясный пример того, как ACC, вероятно, действует самостоятельно как растительный гормон. Как и у людей и животных, гормоны в растениях передают сигналы, запускающие важнейшие процессы — от размножения до защиты. Без них сельскохозяйственные культуры не могут размножаться и процветать. В новой публикации в Nature Communications показано, что ACC играет критическую роль в опылении и производстве семян, активируя белки, похожие на те, что участвуют в реакциях нервной системы у людей и животных. Эти выводы могут изменить учебники, которые ранее приписывали подобные реакции растений гормону этилену, а не ACC, и открыть новые пути для исследований по улучшению здоровья растений и урожайности.

Новый гормон из известной молекулы

«Главное воздействие этой работы в том, что она представляет новый регулятор роста растений или растительный гормон», — объясняет Карен Чанг (UMD). ACC не является вновь идентифицированной молекулой, но ранее считался только предшественником этилена, а не самостоятельным гормоном.

Этилен — один из пяти основных растительных гормонов, изучаемый более века. Он важен для многих процессов, включая созревание плодов, реакции на стресс (затопление, засуха), защиту от болезней, прорастание и цветение.

«В исследованиях ACC десятилетиями использовали вместо этилена, потому что с ним легко работать (он в порошке, его можно распылять), а этилен — газ. Литература интерпретировала наблюдаемые реакции как ответ на этилен. Наша работа показывает, что реакция на ACC — это не обязательно реакция на этилен. Некоторые ответы, приписываемые этилену через ACC, могут быть отдельными реакциями на ACC, действующий как самостоятельный регулятор роста или гормон».

Это открытие может привести к пересмотру многих работ за десятилетия, а также учебников.

Ключевая роль в размножении растений

«В области размножения растений один из критических шагов опыления требует, чтобы пыльца достигла семяпочек для производства семени», — говорит Чанг. «Наша работа показывает, что передача сигналов ACC в семяпочке участвует в том, чтобы пыльцевая трубка повернула и эффективно доставила пыльцу, что делает этот процесс необходимым для производства семян. Это, вероятно, первый пример, показывающий, как материнская ткань семяпочки помогает привлечь пыльцевую трубку».

Этот эффект значителен: «Количество семян практически удваивается в присутствии ACC. Есть потенциал для улучшения количества семян, что может увеличить производство пищи в определенных культурах и повлиять на продовольственную безопасность в долгосрочной перспективе».

Связь с рецепторами нервной системы

Ещё одно важное открытие работы — выявление потенциального рецептора для активности ACC, показывающее чёткие связи между сигнальными путями гормонов у людей, животных и растений.

«Самая интересная параллель — это межклеточная коммуникация», — объясняет Хосе Фейжо (UMD). «Глутаматные рецепторы животных — это белки, необходимые для передачи информации от одного нейрона к другому через электрический импульс или сигнализацию кальцием, что важно, например, для памяти. Проблемы в процессах, опосредованных глутаматными рецепторами, связаны с нейродегенерацией и депрессией».

«Мы решили поискать те же рецепторы, названные глутамат-подобными рецепторами (GLRs) в растениях, чтобы увидеть, реагируют ли они на ACC. Мы обнаружили, что ACC действительно может влиять на GLRs и в растениях», — добавляет Чанг.

Это открывает новое направление исследований в биологии растений и указывает на малоизученные сходства с людьми. «В растениях GLRs, по-видимому, выполняют функции, связанные с коммуникацией: либо для сближения мужских и женских генов в яйцеклетке, либо в системах оповещения и защиты от патогенов или стресса», — говорит Фейжо.

«Намечающиеся тенденции предполагают, что GLRs лежат в основе передачи электрических сигналов на большие расстояния через сосудистую систему растения, где повреждение тканей одного листа информирует всё растение о необходимости создания отпугивающих веществ против насекомых. Это интересная параллельная эволюция функции глутаматных рецепторов, которые развились для связи с нервной системой животных для выполнения схожих задач».

Перспективы исследований

С ACC как новым кандидатом, активирующим GLRs, и всеми его вновь открытыми ролями в качестве растительного гормона, команда воодушевлена перспективами этой работы. «Предстоит ещё много исследований, чтобы понять, как всё это происходит и как можно использовать в разных культурах, но теперь все эти новые исследования могут начаться».