Наблюдение за изменениями метаболизма растений в реальном времени
Исследователи из Мюнстерского университета при участии Боннского университета изучили ключевые механизмы регуляции энергетического метаболизма растений. Используя новый метод технологии in vivo биосенсоров, они открыли возможность в реальном времени наблюдать, как изменения окружающей среды влияют на центральный редокс-метаболизм. Исследование опубликовано в журнале The Plant Cell.
Методология
Команда экспрессировала генетически закодированный сенсор внутри растений, чтобы сделать центральные метаболические процессы буквально видимыми. Для измерения и визуализации процесса использовалась технология in vivo биосенсоринга. Биосенсор состоит из биологического элемента распознавания (белка, специфически связывающего определяемую молекулу) и считывающего элемента (белка, преобразующего связывание в световой сигнал).
Сенсор, изначально разработанный для нервных клеток, был адаптирован для растений. Он может напрямую связывать и высвобождать молекулы NAD+ и NADH. NAD-редокс система имеет первостепенное значение для переноса электронов в метаболизме почти всех живых существ. Сенсор состоит из флуоресцентного сине-зеленого и красного белков, яркость которых меняется в зависимости от NAD-статуса в клетке. Считывание показаний сенсора в живых клетках проводится с помощью конфокального лазерного сканирующего микроскопа.
Результаты и значение
Новый метод позволяет отслеживать динамические изменения в редокс-метаболизме (который, среди прочего, обеспечивает клетки энергией) — от конкретных клеточных компартментов (в данном случае цитозоля) и отдельных клеток до целых органов у живых неповрежденных растений.
Этот подход позволил:
- Создать первую NAD-редокс карту целого растения.
- Наблюдать редокс-динамику при переходе от света к темноте.
- Отслеживать изменения сахарного статуса, клеточного дыхания и снабжения кислородом.
Особенно неожиданным для исследователей стало наблюдение, насколько фундаментально меняется NAD-метаболизм во время иммунной реакции растения — связь, о которой ранее практически не было известно.
Параллельно опубликованное исследование ученых из Гонконга в Nature Communications, в котором использовался другой NAD-сенсор для изучения фотосинтеза, подтверждает эти результаты.
Новая методология открывает возможности для: