Ген NPR1 помогает растениям управлять производством белков в стрессовых условиях
Исследование лаборатории Федерики Брандицци показывает, как ген помогает растениям регулировать производство белков в стрессовые периоды. Работа опубликована в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Эндоплазматический ретикулум (ER) — это центр, производящий треть белков, необходимых для роста растения. Он также должен быть готов к чрезвычайным ситуациям, например, когда гусеница начинает поедать лист. В таких случаях растение требует от ER увеличить производство защитных белков.
Эти дополнительные нагрузки могут перегрузить ER, которому при этом необходимо продолжать рутинное производство. Добавочный стресс может привести к появлению дефектных белков, способных навредить или даже убить клетки растения.
Чтобы справиться со стрессом, растения полагаются на сигнальную систему тревоги — ответ на развёртывание белков (UPR). UPR защищает клетки от дефектных белков и даёт ER инструкции производить здоровые белки.
«Мы идентифицировали один ген, NPR1, который снижает активность UPR», — говорит Я-Сюань Лай, ведущий соавтор и аспирант программы по клеточной и молекулярной биологии.
Когда учёные удалили этот блокирующий ген из лабораторных растений, активность UPR возросла, и растения стали более устойчивыми к стрессу.
«Мы считаем, что поддержание постоянно активного UPR во время стрессовых ситуаций вредно для растений. Это потребляет много энергии, — добавляет Я-Сюань Лай. — Поэтому растения используют такие "негативные" регуляторы, как мы их называем, для поддержания правильного энергетического баланса».
Продукт гена меняет свою структуру в зависимости от химического состава внутри клеток растения. В периоды стресса ген преобразуется в более простую структуру, которая проникает в ядро клетки. Там он взаимодействует с факторами, связывающимися с ДНК, которые ответственны за включение UPR.
Учёные всё ещё исследуют, как именно ген блокирует UPR: просто препятствует работе системы или сливается с ней, образуя неактивный крупный комплекс.
Этот же ген, играя другую роль, также помогает растениям защищаться от вредоносных бактерий. «В этом случае он не играет блокирующей роли. Напротив, он поддерживает производство соединений, борющихся с бактериями», — поясняет Я-Сюань Лай.
При этом работа гена, по-видимому, не пересекается между системами ответа на «стресс» ER и защиты от бактерий. Он может ограничивать свою активность в рамках той системы, в которой работает. Это полезно, так как растения сталкиваются с разными стрессами, требующими отдельных защитных систем.
Понимание работы UPR у растений может стать ключом к выведению сортов с повышенной устойчивостью к стрессам и, как следствие, к улучшению урожайности.