Открытие механизмов роста растений открывает новые пути исследований

Новые данные, представленные молекулярными биологами растений из Университета Массачусетса в Амхерсте, углубляют понимание клеточного поверхностного регулятора — рецепторной киназы FERONIA из модельного растения Arabidopsis. Ранее считалось, что она участвует только в репродукции, но на самом деле она необходима на протяжении всего роста и развития растения, а также для выживания в условиях стресса.

Поскольку FERONIA является членом значительно большего семейства рецепторов, функции которых в основном неизвестны, новое понимание того, как работает FERONIA, может открыть множество направлений исследований не только в фундаментальной биологии растений, но и в разработке методов улучшения роста растений (особенно в условиях стресса), увеличения урожайности семян и производства сельскохозяйственных культур.

Элис Чунг, Хен-Минг Ву и их коллеги, давно изучающие взаимодействие мужских и женских клеток растений для достижения оплодотворения, сообщают в текущем выпуске eLife, что для функционирования FERONIA требуется сотрудничество с другим белком — гликозилфосфатидилинозитол (GPI)-заякоренным белком под названием LORELEI или его родственником LLG1. Как и рецепторные киназы, GPI-заякоренные белки критически важны для клеточной сигнализации, но принцип их работы остаётся загадкой.

Группа Чунг и Ву показала, что LORELEI и LLG1 действуют как шапероны, доставляя FERONIA к клеточной мембране, где они также выступают в роли её ко-рецепторов, помогая выполнять множество биологических функций — от раннего развития растения до оплодотворения. Это вновь обнаруженное партнёрство рецепторной киназы и GPI-заякоренного белка является важным прорывом, поскольку «было загадкой, как FERONIA управляет такой многозадачностью — от стимулирования роста растений и обеспечения оплодотворения до борьбы с патогенами».

В этой работе группа использовала анализ роста растений и серию биохимических и клеточно-биологических экспериментов. Они продемонстрировали, что LLG1/LORELEI связывается с FERONIA, когда оба белка синтезируются и встречаются в компартменте, называемом эндоплазматическим ретикулумом. Оттуда, согласно данным, LLG1/LORELEI «сопровождает» FERONIA в нужное место на поверхности клетки, где они вместе работают как ко-рецепторы, принимая и передавая сигналы в клетку.

Это открытие «добавляет новую и важную механистическую информацию к механизмам передачи сигналов не только у растений, но и к ключевым регуляторным системам у животных и человека, некоторые из которых важны для патогенеза заболеваний».

Данная работа не только решает загадку функции FERONIA, но и предоставляет план для подобных исследований родственных рецепторных киназ с известными функциями, а также более широкого семейства родственных белков. Лаборатория Чунг продолжает исследования с коллегами, чтобы изучить роль рецепторных киназ во взаимодействии растений с патогенами и симбиозе.

Более 50 лабораторий по всему миру уже запросили у исследователей из UMass Amherst реагенты для изучения FERONIA и родственных белков. «Я с нетерпением жду расцвета исследований от глобального научного сообщества в ближайшие годы», — говорит Чунг.