Как растения регулируют развитие хлоропластов через модификацию белка TOC33

Учёные из Университета Пердью обнаружили ключевой механизм, регулирующий развитие хлоропластов — структур, ответственных за фотосинтез, производящий кислород и пищу.

Хлоропластам для функционирования необходимы белки, кодируемые в ядре клетки. Специализированные транспортеры в наружной мембране хлоропласта, называемые TOC-комплексом (translocon at the outer envelope of chloroplasts), обеспечивают импорт этих белков.

Исследование, опубликованное в Science Advances, показывает, как растение контролирует этот процесс, регулируя стабильность компонента TOC-комплекса — белка TOC33.

Ключевое открытие:

• Киназа CTR1, известная своей ролью в передаче сигнала гормона этилена, неожиданно локализуется в наружной мембране хлоропласта.
• CTR1 фосфорилирует TOC33 по специфическому аминокислотному остатку — серину в позиции 260 (Ser260).
• Эта химическая модификация (фосфорилирование) стабилизирует белок TOC33, усиливая импорт белков, нацеленных в хлоропласт, и тем самым контролируя его развитие.

Значение открытия:

• Позиция Ser260 действует как молекулярный переключатель: когда модификация невозможна, TOC33 становится менее стабильным, что нарушает развитие хлоропластов и рост растения.
• Процесс регулирования TOC33 киназой CTR1 является этилен-независимым — это новая, не связанная с гормоном функция этого фермента.
• Управление стабильностью TOC-комплекса открывает перспективы для направленного влияния на биогенез хлоропластов, что потенциально может привести к повышению урожайности сельскохозяйственных культур.

Исследование проводилось на модельном растении Arabidopsis thaliana.