Как растения становятся кустистыми: Новое исследование раскрывает роль гормона, контролирующего ветвление

Новое исследование Калифорнийского университета в Дэвисе показывает, как растения расщепляют гормон стриголактон, подавляющий ветвление, чтобы стать более "кустистыми". Понимание регуляции стриголактона может иметь большое значение для многих сельскохозяйственных культур.

Исследование опубликовано 1 августа в Nature Communications.

"Возможность манипулировать стриголактоном также может иметь последствия, выходящие за рамки архитектуры растения, включая устойчивость к засухе и патогенам", — сказал старший автор Ницан Шабеk.

Гормональная роль стриголактона была открыта лишь в 2008 году. Помимо регуляции ветвления, он способствует полезному взаимодействию между микоризными грибами и корнями растений, а также помогает растениям реагировать на стрессы, такие как засуха и высокая солёность.

Хотя учёные много знают о синтезе стриголактонов, мало известно об их расщеплении. Предполагалось, что в этом могут быть задействованы ферменты карбоксилэстеразы. Растения производят более 20 типов карбоксилэстераз, но только две формы, CXE15 и CXE20, были связаны со стриголактоном. Однако эта связь была лишь предположительной.

Расшифровка "двигателя" фермента

Чтобы проверить, участвуют ли CXE15 и CXE20 в регуляции стриголактона, исследователи начали с построения 3D-моделей молекулярной структуры ферментов.

Биохимические эксперименты показали, что CXE15 был намного эффективнее в расщеплении стриголактона, чем CXE20, который связывается с гормоном, но не расщепляет его эффективно. Их 3D-модели выявили нечто новое: определённая область CXE15 фактически позволяла ферменту менять свою форму.

"CXE15 — очень эффективный фермент, он может полностью разрушить молекулу стриголактона за миллисекунды. Когда мы увеличили масштаб, мы поняли, что в структуре фермента есть динамичная область, которая необходима для его функционирования", — сказал Шабеk.

Динамичный фермент

Изучив структуру CXE15, учёные идентифицировали специфические аминокислоты, которые позволяют ферменту динамично связываться со стриголактоном. Чтобы подтвердить их роль, они создали генетически модифицированную мутантную версию фермента с изменённой динамичной областью. Мутантная версия показала сниженную способность расщеплять стриголактон как in vitro, так и в тестах на растениях Nicotiana benthamiana.

Следующие шаги — исследовать, как карбоксилэстеразы производятся в разных тканях растений, например, в корнях и стеблях.