Структура раскрыта: Растительный транспортер сахаров, участвующий в секвестрации углерода

Растения, подобно людям, окружены и тесно связаны с микробами. Большинство из них полезны, но некоторые могут вызывать губительные болезни. Поддержание баланса между ними критически важно. Растения "кормят" эти микробы, и считается, что они делают это ровно настолько, чтобы позволить расти хорошим и не дать набрать силу плохим. Эта система "кормления" микробов опосредована белками-транспортерами сахаров.

Вольф Фроммер из Института Карнеги ранее идентифицировал уникальный класс транспортных белков для сахаров, названных SWEETs, которые играют ключевую роль в таких процессах, как производство нектара, экспорт энергии, произведенной в листьях, к другим органам растения, и наполнение семян питательными веществами для питания зародыша.

В двух отдельных статьях он и несколько команд исследователей раскрыли молекулярную структуру SWEET2 — транспортного белка, который играет критическую роль в ограничении доступного для корневых микробов уровня сахара до нужного предела. Это первый случай, когда описана структура представителя класса белков SWEET, и лишь одна из трех структур сахарных транспортеров у животных и растений, расшифрованных на сегодняшний день.

Одна команда под руководством Ляна Фэна из Стэнфордской школы медицины определила молекулярную структуру транспортера SWEET2 из риса. Обнаружение структуры SWEET2 в сочетании с определением ключевых для его функции аминокислот в белке — это ключ к пониманию механизма его работы. Это важно для понимания того, что происходит, когда транспортер выходит из строя из-за болезни или патогенов, и для поиска способов защиты от этих рисков. Их работа опубликована 19 октября в журнале Nature.

Фроммер и Фэн ранее совместно определяли структуру и механизм работы бактериального аналога транспортеров SWEET, называемых SemiSWEETs. Было предсказано, что SWEETs возникли в ходе эволюции путем удвоения и слияния бактериальной версии генов транспортеров. Обнаруженное сходство структурных укладок димера SemiSWEET (комплекса из двух идентичных единиц) и SWEET2, а также доказательства того, что SWEET2, вероятно, функционирует как часть комплекса, построенного из кооперирующихся единиц отдельных белков, убедительно подтверждают эту теорию.

Другая команда, в которой Фроммер работал с постдоком Вэй-Цзюнь Го и Доротеей Толл из Виргинского политехнического института, сосредоточилась на роли SWEET2 в защите растения арабидопсис от паразитарной инфекции. Они показали, что SWEET2 помогает запасать сахара в хранилище внутри растительных клеток — вакуоли, тем самым ограничивая запас сахара, предназначенный для питания только хороших микробов, до уровня, который предотвращает рост плохих. Эта работа недавно была опубликована онлайн в журнале The Plant Journal.

Растения выделяют сахар в почву, непосредственно окружающую их корни. Хотя молекулярные механизмы этого плохо изучены, считается, что сахар является наградой для симбиотических микроорганизмов, живущих в этой зоне и способствующих росту растения. Однако этот сахар также могут поглощать патогены, такие как паразит Pythium. Pythium — это оомицет, похожий на гриб, который вызывает корневую гниль и другие болезни у полевых и тепличных культур.

Исследовательская группа показала, что SWEET2 способствует удержанию сахара в корнях, что может быть механизмом "голодания" и сопротивления патогенам, живущим в непосредственной близости от корней. Они обнаружили, что экспрессия SWEET2 увеличивалась в 10 раз во время заражения Pythium, а специально созданные мутанты, лишенные SWEET2, были более восприимчивы к паразиту.

"Вместе эти две статьи дают первые представления не только о том, как растения контролируют секвестрацию углерода в почву, но и улучшают наше понимание функционирования этого уникального класса транспортеров SWEET, включая важный человеческий гомолог SWEET", — сказал Фроммер.

Лян Фэн из Стэнфорда отметил: "Это исследование — важный шаг в понимании процесса транспорта сахара и энергетического гомеостаза в клетках".