Растения используют единый путь коммуникации при формировании новых хлоропластов

Исследователи из Японии и Великобритании выяснили новые детали о том, как молодые листья строят свои первые хлоропласты — энергетические фабрики растительных клеток. Учёные определили новую роль для белка, впервые идентифицированного 25 лет назад, но до сих пор не поддававшегося характеристике.

Когда новое растение прорастает из семени и начинает формировать первые листья, оно участвует в гонке за выживание, чтобы построить хлоропласты. Без них, преобразующих солнечный свет в энергию, этот свет производит вредные химические вещества — активные формы кислорода (АФК), — которые сжигают растение изнутри. Построение хлоропластов требует ретрансляции сигналов коммуникации между развивающимся хлоропластом и центральным хранилищем ДНК клетки — ядром.

Было известно, что охарактеризованный белок GUN1 играет важную роль в этой коммуникации, но детали его функции оставались неясными.

"GUN1 оставался загадкой так долго", — сказал профессор Тацуру Масуда из Университета Токио, руководитель исследования и последний автор публикации в Proceedings of the National Academy of Sciences.

GUN1 было трудно изучать, потому что, хотя растительные клетки производят его на протяжении всей жизни, этот белок быстро деградирует на солнечном свету.

Исследовательская группа обнаружила, что GUN1 влияет на производство и высвобождение другой предполагаемой сигнальной молекулы.

В первые дни развития листа и в условиях отсутствия света GUN1 связывается с железосодержащей молекулой, недавно прославившейся в индустрии растительного "мяса", — растительным гемом.

Растительный гем относится к классу химических соединений тетрапирролов. Это крупные молекулы, построенные из четырёх пятиугольных колец, которые удерживают атомы металла в центре, например, железа (гем) или магния (хлорофилл). Тетрапирролы — древний класс молекул, необходимых для жизни большинства организмов. Хотя учёные понимают, как они синтезируются, мало известно об их перемещении внутри клетки и функциях в процессе.

В серии экспериментов с GUN1, выделенным из молодых листьев, исследователи наблюдали, что белок напрямую связывается с гемом и другими тетрапирролами, тем самым контролируя производство гема клеткой.

"Мы предполагаем, что GUN1 связывается с гемом, чтобы заблокировать его перемещение из хлоропласта в ядро. Это может помогать обеспечивать эффективное развитие хлоропластов", — сказал Масуда.

Поскольку GUN1 деградирует на свету, он высвобождает гем для отправки сигнала в ядро только тогда, когда есть свет, доступный хлоропластам для фотосинтеза.

"Понимание того, как естественным образом строятся хлоропласты, может однажды позволить нам потенциально управлять тем, как растения осуществляют фотосинтез в неблагоприятных условиях, например, при очень высокой или очень низкой интенсивности света", — отметил Масуда.

GUN1 входит в группу из шести генных мутаций, которые влияют на коммуникацию между геномами хлоропласта и ядра. Другие белки GUN также взаимодействуют с другими типами молекул тетрапирролов. Исследователи надеются, что теперь, охарактеризовав все белки GUN, можно будет детальнее понять, как тетрапирролы участвуют в передаче сигналов от хлоропласта к ядру.

"Наши следующие шаги — точно определить, в каком месте белка GUN1 связывается с гемом или другими тетрапирролами, и продолжить отслеживать транспорт гема по клетке", — сказал Масуда.