Перекись водорода и тайна созревания плодов: «сигнальные посредники» в растениях

Исследовательская группа под руководством профессора Цинь Гочжэна из Института ботаники Китайской академии наук обнаружила ранее неизвестный механизм, с помощью которого деметилаза РНК N6-метиладенозин (m⁶A) SlALKBH2 подвергается редокс-модификации. Это изменение влияет на её стабильность и физиологическую роль в регуляции нормального созревания плодов томата.

В исследовании, опубликованном в Nature Plants, учёные углубили понимание роли перекиси водорода (H₂O₂) — мягкого окислителя, который функционирует как ключевая сигнальная молекула, контролирующая множество биологических процессов.

Было обнаружено, что опосредованная H₂O₂ окислительная модификация регулирует функцию SlALKBH2, которая необходима для правильного созревания сочных плодов. Эта стадия представляет собой завершающую фазу развития плода, напрямую влияя на его качество и срок хранения.

В частности, исследователи показали, как сигналинг H₂O₂ взаимодействует с модификацией метилирования РНК для скоординированной регуляции развития растений.

Наиболее распространённой химической модификацией в эукариотических мРНК является m⁶A метилирование. Оно регулирует различные биологические процессы, включая стабильность мРНК и эффективность трансляции, путём модуляции метаболизма мРНК.

Будучи членами семейства диоксигеназ, m⁶A деметилазы, включая SlALKBH2, способны окислительно обращать m⁶A метилирование. Эта способность поднимает вопрос, подвержена ли сама SlALKBH2 окислительной модификации, подобно другим редокс-чувствительным белкам.

Для проверки гипотезы исследователи транзиентно экспрессировали ген SlALKBH2 в листьях Nicotiana benthamiana, обработанных H₂O₂ или без него, а затем отслеживали редокс-статус SlALKBH2.

Результаты показали выраженную чувствительность SlALKBH2 к H₂O₂-индуцированному окислению, приводящему к образованию гомодимеров как в листьях N. benthamiana, так и в плодах томата. Примечательно, что воздействие H₂O₂ ускоряло созревание плодов томата, что указывает на вовлечённость окисления SlALKBH2 в этот процесс.

Образование гомодимеров SlALKBH2 было связано с участием нескольких остатков цистеина (Cys), причём Cys39 был идентифицирован как критический сайт; мутация в этом месте резко снижала образование гомодимеров. Хотя окислительная модификация повышала стабильность белка SlALKBH2, она не влияла на его m⁶A деметилазную активность.

Кроме того, исследователи идентифицировали NADPH-тиоредоксин редуктазу C (SlNTRC) как белок, взаимодействующий с SlALKBH2. Они показали, что SlNTRC регулирует редокс-состояние SlALKBH2, влияя таким образом на его m⁶A деметилирующую функцию в томатах.

С помощью редактирования генов CRISPR–Cas9 были созданы стабильные нокаутные мутанты SlNTRC в томатах. Гомозиготная мутантная линия демонстрировала существенную задержку вегетативного роста и неспособность плодоносить.

Это исследование установило связь между сигналингом H₂O₂ и m⁶A метилированием, подчеркнув важность редокс-регуляции m⁶A модификаторов в контроле созревания плодов.

Учитывая ключевую роль метилирования РНК m⁶A в различных биологических процессах, исследователи предполагают, что этот регуляторный механизм может также играть роль в других процессах развития.

Таким образом, данная работа не только углубляет понимание молекулярных механизмов, лежащих в основе созревания плодов, но и предлагает новые идеи и стратегии для улучшения сортов сельскохозяйственных культур.