Новый механизм температурного восприятия у растений

Белок фитохром B, способный воспринимать свет и температуру, управляет ростом растений и временем цветения. Точный механизм его работы до конца не изучен.

В статье, опубликованной в Nature Communications, группа клеточных биологов под руководством профессора ботаники и наук о растениях Калифорнийского университета в Риверсайде Менг Чена обнаружила, что молекула фитохрома B обладает неожиданной динамикой, активируемой температурой, и ведёт себя по-разному в зависимости от температуры и типа света.

Фитохромы переключаются между активной и неактивной формами, как бинарный переключатель, управляемый светом и температурой. На прямом солнечном свете (например, в открытом поле) фитохромы включаются, поглощая дальний красный свет. Эта активная форма подавляет удлинение стебля, ограничивая высоту растений. В тени фитохромы менее активны, поглощая красный свет. Эта "выключенная" форма снимает ингибирование роста стебля, поэтому растения в тени тянутся выше.

Внутри клетки свет заставляет "включённые" фитохромы объединяться в структуры, называемые фототелами, внутри ядра клетки. Когда фитохром B "выключен", он находится вне ядра. При активации он перемещается внутрь ядра и изменяет экспрессию генов и характер роста.

Группа Чена исследовала поведение клеток листьев и стеблей растения Arabidopsis thaliana (стандартной модели в ботанике) при различных условиях температуры и света, чтобы отследить, как фототела реагируют на температуру.

Согласно текущему пониманию, фитохромы образуют фототела только в "включённом" состоянии. Учёные ожидали, что повышение температуры будет иметь эффект, аналогичный тени — оно "выключит" фитохромы, и фототела исчезнут.

Результаты оказались неожиданными:

• Повышение температуры не приводило к одновременному исчезновению всех фототел.
• Конкретные фототела исчезали в определённых диапазонах температуры. Постепенное увеличение температуры снижало количество фототел по мере их селективного исчезновения.

"Мы обнаружили, что подмножество термостабильных фототел может сохраняться даже в тёплых температурах, — сказал Менг Чен. — Остальные очаги исчезали на каждом этапе повышения температуры. Раньше мы думали, что все они одинаковы, но теперь знаем, что они все разные".

Механизм их селективного исчезновения должен отличаться от механизма исчезновения в тени. Это позволяет предположить, что отдельные фототела могут быть сенсорами для конкретных температурных диапазонов.

Исследование также показало, что фитохром B реагирует на температуру двумя разными участками молекулы:

1. Первый участок воспринимает температуру.
2. Второй участок формирует фототела. Фототела, образованные этим вторым участком, нечувствительны к температуре.

Это демонстрирует, что свет и температура воспринимаются одной и той же частью молекулы, но приводят к разным типам поведения.

"Фототела — это крупные, динамичные белковые комплексы. Наши результаты позволяют предположить, что каждый из них может иметь разный состав, — пояснил Чен. — Мы считаем, что уникальный состав отдельных фототел заставляет их по-разному реагировать на температуру".

Это открытие может помочь в создании растений, которые будут лучше расти в условиях потепления климата, а также пролить свет на механизмы развития рака у животных, поскольку белки в клетках животных также образуют похожие структуры (фокусы), связанные с онкологическими заболеваниями.