Новый биосенсор раскрывает реакцию растений на стресс

Исследователи из университетов Мюнстера (Германия) и Нанкина (Китай) разработали новый метод для изучения важной сигнальной молекулы в растениях — фосфатидной кислоты. Этот липид выполняет различные роли: влияет на гибкость клеточных мембран, регулирует метаболизм и служит сигнальным веществом. Однако до сих пор было невозможно определить, какая часть общего пула фосфатидной кислоты в клетке отвечает за сигнальные функции.

Новый биосенсор, названный "PAleon" (от PA — фосфатидная кислота, и chameleon), впервые позволил отслеживать активность фосфатидной кислоты в пространстве и времени. Исследование опубликовано в журнале Nature Plants.

Метод исследования

Биосенсор основан на принципе флуоресцентного резонансного переноса энергии (FRET). Он представляет собой мембран-ассоциированный белок, содержащий домен, связывающий фосфатидную кислоту, между двумя флуоресцентными белками (синим и желтым). Связывание липида меняет конформацию сенсора и, как следствие, цвет испускаемого света, что измеряется с помощью современных методов микроскопии.

Ученые внедрили сенсор в растения Arabidopsis и наблюдали за корнями и замыкающими клетками устьиц. Растения подвергали стрессовым воздействиям, например, повышали концентрацию соли в среде.

Ключевые результаты

• При увеличении солевого стресса концентрация фосфатидной кислоты в корнях возрастала. Сенсор детектирует именно биоактивную фракцию, что позволяет сделать вывод об изменении ее концентрации именно в роли сигнального вещества.
• Метод позволил точно определить локализацию этих изменений в корнях.
• Установлено, что для адаптации растений к солевому стрессу важна активность фермента фосфолипазы D, синтезирующей фосфатидную кислоту.
• Обнаружена тесная связь активности фосфатидной кислоты с pH внутри клетки.

"Наш подход позволяет точнее изучить динамику фосфатидной кислоты, особенно у растений в условиях стресса", — отмечает соавтор работы профессор Йорг Кудла. Полученные данные могут помочь в выведении более устойчивых к неблагоприятным условиям растений.

Метод применим к большинству растительных организмов и, потенциально, к животным клеткам. В дальнейшем ученые планируют использовать сенсор в других типах клеток и тканей, а также исследовать взаимодействие фосфатидной кислоты с другими сигнальными молекулами.