Способность растений чувствовать питательные вещества модулирует их реакцию на стресс

Новое исследование под руководством Чжиюна Вана, Шоулина Сю и Ян Би из Института Карнеги раскрывает важный процесс, с помощью которого растения переключаются между усиленными и ослабленными реакциями на стресс. Работа опубликована в Nature Communications.

Растения должны выбирать стратегии реакции на основе как внешних факторов, так и внутренних потребностей в питательных веществах и энергии. Например, растение может ускорить или замедлить свой жизненный цикл в зависимости от доступности запасённых сахаров.

Механизм сахарной метки O-GlcNAc

Учёные долгое время изучают систему, с помощью которой растения чувствуют доступность питательных веществ. Речь идёт о молекуле сахара O-связанная N-ацетилглюкозамин (O-GlcNAc), которая присоединяется к белкам и изменяет их активность. Эта метка связана с изменениями в экспрессии генов, росте и дифференцировке клеток как у животных, так и у растений.

В 2017 году команда впервые идентифицировала сотни растительных белков, модифицированных O-GlcNAc. В новом исследовании было показано, что один из таких белков, Acinus (Apoptotic Chromatin Condensation Inducer in the Nucleus), обеспечивает физиологическую связь между доступностью сахара и стрессовым ответом.

Роль белка Acinus

С помощью генетических, геномных и протеомных экспериментов команда продемонстрировала, что в растениях Acinus формирует белковый комплекс, аналогичный млекопитающим, и играет уникальную роль в:

• Регуляции реакции на стресс.
• Ключевых этапах развития, таких как прорастание семян и цветение.

Модификация белка Acinus сахаром O-GlcNAc позволяет растению на основе доступности питательных веществ:

• Модулировать чувствительность к стрессам окружающей среды.
• Контролировать время прорастания семян и цветения.

Значение исследования

• Для растений: Иллюстрирует, как растения используют механизмы сахарного чувства для тонкой настройки стрессовых ответов, выбирая разные стратегии в зависимости от доступности питательных веществ.
• Для сельского хозяйства: Понимание того, как растения принимают клеточные решения, интегрируя внешнюю и внутреннюю информацию, важно для повышения устойчивости и продуктивности в условиях меняющегося климата.
• Для науки в целом: Поскольку многие части этого молекулярного механизма консервативны у растений и человека, результаты могут способствовать не только улучшению сельского хозяйства, но и здоровья человека.