Как растения укрепляют свои светособирающие мембраны против стресса окружающей среды

Международное исследование под руководством Helmholtz Zentrum München раскрыло структуру белка VIPP1, который перестраивает мембраны и строит фотосинтетические мембраны. Эти фундаментальные данные закладывают основу для биоинженерных усилий по укреплению растений против экологического стресса, что поможет поддержать продовольственное снабжение человечества и борьбу с изменением климата.

Важные первые этапы фотосинтеза происходят в тилакоидных мембранах, содержащих белковые комплексы, улавливающие солнечный свет. Известно, что белок VIPP1 критически важен для формирования тилакоидных мембран почти у всех фотосинтезирующих организмов. Однако механизм его работы оставался загадкой. Новое исследование в журнале Cell раскрывает структуру и механизм VIPP1 с молекулярной детализацией.

Строительство и защита фотосинтетических мембран

Исследователи использовали крио-электронную микроскопию для получения первой высокоразрешающей структуры VIPP1. Структурный анализ в сочетании с функциональными тестами показал, как VIPP1 собирается в переплетённое мембранное покрытие, формирующее тилакоидные мембраны. Также применялась крио-электронная томография для визуализации покрытий VIPP1 в естественной среде клеток водорослей.

Создав специфические мутации в VIPP1 на основе структурных данных, учёные обнаружили, что взаимодействие VIPP1 с тилакоидными мембранами критически важно для поддержания их структурной целостности при стрессе от яркого света. "Наше исследование показывает, что VIPP1 играет центральную роль как в биогенезе тилакоидов, так и в их адаптации к изменениям окружающей среды", — объясняет первый автор Тилак Кумар Гупта.

Эта работа закладывает основу для понимания механизмов биогенеза и поддержания тилакоидов. Она также открывает новые возможности для создания растений, более устойчивых к экстремальным условиям. "Понимание молекулярных механизмов, контролирующих перестройку тилакоидов, — важный шаг к созданию сельскохозяйственных культур, которые не только быстрее растут, имеют более высокую урожайность и устойчивость к стрессу, но и поглощают больше атмосферного CO₂ для противодействия изменению климата", — говорит руководитель исследования Бен Энгель.