Как растения регулируют отложение сахаров в клеточных стенках

Исследователи из Центра биоэнергетики Великих озёр определили ключевой компонент процесса производства сахаров в модельном злаке. Они обнаружили фактор транскрипции, который включает и выключает ген, запускающий синтез сахара — смешанно-связанного глюкана (MLG). Характеристика регулируемых этим фактором генов даёт представление о том, как растения производят MLG. Эта информация важна для преодоления дефектов роста, связанных с генетической модификацией растений для производства больших количеств MLG.

Понимание генов, которые производят и реструктурируют такие сахара, должно привести к лучшему пониманию того, как биоэнергетическая культура сорго запасает сахар в клеточных стенках. Цель исследователей — создать сорго, накапливающее большое количество сахара в стебле, не нарушая роста растения.

Смешанно-связанный глюкан (MLG) — это богатый энергией полисахарид, содержащийся в больших количествах в клеточных стенках эндосперма некоторых злаков и в меньших — в других тканях. Гены cellulose synthase-like F и cellulose synthase-like H синтезируют MLG, но неизвестно, участвуют ли другие гены в его производстве и реструктуризации.

Работая с модельным злаком Brachypodium distachyon, исследователи идентифицировали фактор транскрипции семейства trihelix (BdTHX1), который сильно коэкспрессируется с геном BdCSLF6 и, по-видимому, помогает регулировать биосинтез MLG. Они показали, что белок BdTHX1 может с высокой аффинностью связываться как с BdCSLF6, так и с BdXTH8, который кодирует специфичную для злаков эндотрансглюкозилазу — фермент, участвующий в структурировании клеточной стенки.

Команда обнаружила, что BdXTH8 предпочтительно взаимодействует с MLG и ксилоглюканами, что позволяет предположить, что он может опосредовать их связывание в растительных тканях. Кроме того, побеги B. distachyon, выращенные из клеток, сверхэкспрессирующих BdTHX1, показали аномальный рост и раннюю гибель.

Эти результаты указывают на то, что фактор транскрипции BdTHX1, вероятно, играет важную роль в биосинтезе и реструктуризации MLG, регулируя экспрессию BdCSLF6 и BdXTH8. Эти знания будут полезны для создания сорго, накапливающего большие количества MLG в тканях стебля.