Ключевой компонент, помогающий растениям зеленеть, идентифицирован

Исследователи из Университета Дьюка и Института биологических исследований Солка обнаружили центральный элемент в механизме, который заставляет растения зеленеть при восприятии света. В мире клеточной механики этим ключевым игроком оказался "мусоровоз".

Растения имеют две разные системы для использования света. Первая — это знакомые хлоропласты, которые превращают солнечный свет в энергию посредством фотосинтеза. Зеленый цвет происходит от фотосинтетического пигмента хлорофилла внутри хлоропластов. Вторая — это система светочувствительных белков-фоторецепторов, которые используют свет как информацию и направляют развитие и рост растения. Одна из функций этой информации — контроль образования хлоропластов. Однако механизм, с помощью которого свет запускает этот процесс, оставался неизвестным.

В статье, опубликованной 25 июня в журнале Cell, команда под руководством Менг Чена идентифицировала ключевого посредника между световой системой для информации и световой системой для производства энергии. Это открытие может помочь использовать собственные фотосенсорные системы растений для увеличения урожайности или улучшения фотосинтеза у биотопливных культур.

Роль фитохромов и открытие гена Hemera

Растения обладают набором фоторецепторов, настроенных на разные длины волн света. Фитохромы, чувствительные к красному и дальнему красному свету, играют главную роль в образовании хлоропластов. При обнаружении света эти фитохромы перемещаются из цитоплазмы клетки в ядро, где собираются в дискретные структуры — ядерные тельца фитохромов.

Проведя генетический скрининг мутантов с аномальными ядерными тельцами, Чен идентифицировал новый ген, названный hemera (в честь греческой богини дневного света). Этот ген присутствует у всех изученных наземных растений.

Последствия отсутствия Hemera

Мутантные растения без гена hemera демонстрировали резко сниженную чувствительность к красному и дальнему красному свету, не развивали хлоропласты, были альбиносами и погибали на стадии проростков. Без Hemera "растение слепо к свету, и хлоропласты не могут развиться".

Механизм действия: Hemera как "мусоровоз"

Преобладающая модель развития хлоропластов включает сигнальные молекулы PIFs, которые подавляют развитие хлоропластов в темноте. При активации светом фитохромы уничтожают PIFs, расчищая путь для развития хлоропластов. PIFs и Hemera обнаруживались рядом с ядерными тельцами фитохромов, что указывало на эти тельца как место уничтожения PIFs.

Эксперименты с мутантами hemera показали, что у этих растений ядерные тельца фитохромов меньше, и они неспособны удалять PIFs на свету, что объясняет отсутствие хлоропластов.

Команда также обнаружила, что структура Hemera схожа со структурой дрожжевого белка RAD23, который известен как "мусоровоз", собирающий помеченные на уничтожение белки и доставляющий их к месту деградации. Когда Hemera из растений Arabidopsis вставили в дрожжи, лишенные RAD23, она частично взяла на себя его функцию.