Недооценённая молекула растений оказалась сокровищем

Лучшие природные химики — не учёные, а растения. С момента выхода на сушу около 450 миллионов лет назад они развили богатый арсенал малых природных химических веществ и рецепторов.

Исследование учёных из Института Солка, опубликованное 11 августа 2016 года в журнале Cell, раскрывает неожиданную роль для небольшой и часто игнорируемой молекулы — фазеиновой кислоты. Исторически её считали неактивным побочным продуктом в растениях, своего рода метаболическим тупиком. Новые данные показывают, что фазеиновая кислота и её рецепторы, вероятно, совместно эволюционировали, став ключевыми для устойчивости к засухе и других признаков выживания. Это может помочь в создании новых, более выносливых культур, способных переживать природные катаклизмы, вызванные изменением климата.

«Теперь, используя ряд передовых биологических подходов, мы более убедительно показали, что фазеиновая кислота, вероятно, важна для выживания», — говорит старший исследователь Джозеф Ноэль.

Долгое время фазеиновая кислота оставалась в тени своего предшественника — абсцизовой кислоты (ABA), ключевого гормона растений, отвечающего на стресс (особенно засуху) и патогены. ABA также связана с полезными каротиноидами, такими как бета-каротин и ликопин.

Парадоксально, но ABA, будучи главным регулятором, демонстрировала равное предпочтение ко всем своим рецепторам, что не идеально для тонкой настройки функций растения.

В новом исследовании команда Ноэля использовала растение Arabidopsis thaliana, у которого отсутствовал фермент, перерабатывающий фазеиновую кислоту, что привело к её накоплению.

К удивлению учёных, эти растения показали:

• Изменение сроков прорастания семян.
• Более длительную выживаемость без воды.

Это навело на мысль, что фазеиновая кислота — не неактивный продукт распада, а молекула, способная самостоятельно вызывать изменения, как и другие гормоны растений.

Дальнейшие эксперименты подтвердили её гормональную роль:

• Добавление фазеиновой кислоты к нормальным проросткам изменяло экспрессию множества специфических генов (особенно генов метаболических ферментов). Эти изменения частично совпадали, но также и отличались от тех, что активирует ABA.
• С помощью рентгеновской кристаллографии было показано, что фазеиновая кислота связывается с рецепторами ABA, что доказывает способность этих рецепторов чувствовать не только ABA.

Исследование предполагает, что в том, как организмы используют малые химические вещества для запуска различных реакций, может быть скрыта большая сложность. Эволюция, возможно, нашла применение и другим так называемым конечным продуктам метаболизма.

Работа открывает новые направления:

• Первый автор исследования Цзин-Кэ Вэн продолжит изучение недооценённых растительных химических веществ в своей независимой группе в MIT.
• Команда Ноэля будет исследовать роль этих гормонов в корнях растений. Есть свидетельства, что фазеиновая кислота и ABA помогают перемещать углерод из листьев и стеблей в корни для их защиты во время засухи, зимовки или атаки патогенов в почве.

«Понимание этой области биологии растений предлагает новые способы решения проблем изменения климата», — заключает Ноэль.