Структурное исследование раскрывает, как растения закрывают свои «рты»
Устьица — это крошечные поры в листьях, образованные парой бобовидных замыкающих клеток. Они действуют как «рты», через которые растение «ест» и «дышит». При открытии в растение поступает углекислый газ (CO2) для фотосинтеза, а в атмосферу выделяется кислород (O2). Одновременно через эти же поры испаряется большое количество воды в процессе транспирации.
Эти «рты» закрываются в ответ на такие факторы окружающей среды, как высокий уровень CO2, озон, засуха и вторжение микробов. За закрытие отвечает белок — анионный канал SLAC1, который перемещает отрицательно заряженные ионы через мембрану замыкающих клеток, снижая тургорное давление. Низкое давление заставляет клетки сжиматься, и устьичная пора закрывается.
В рамках сотрудничества с учёными Колумбийского университета исследователи из Института генетики и биологии развития Китайской академии наук (CAS) определили атомную структуру канала SLAC1 с помощью криоэлектронной микроскопии отдельных частиц (cryo-EM). Структура показала, что канал SLAC1 в норме находится в закрытом состоянии: две «взведённые» фенилаланиновые остатки в напряжённой конформации блокируют пору и не позволяют анионам проходить через неё.
Факторы окружающей среды влияют на активность канала, контролируя фосфорилирование SLAC1. Используя метод двухэлектродного вольт-клемпового анализа, учёные обнаружили в канале SLAC1 несколько «включателей». Когда фосфатная группа присоединяется к каналу, его структура меняется, и он открывается, позволяя анионам свободно проходить. В результате тургорное давление падает, и устьица закрываются.
Эти открытия помогут учёным понять, как растения реагируют на изменения окружающей среды, такие как засуха и растущий уровень CO2 и озона. Глубокое понимание механизма контроля устьичных пор каналом SLAC1 будет ценно для создания засухоустойчивых или водоэффективных культур.