Раскрыт механизм работы главного регулятора роста растений
Брассиностероиды — класс растительных стероидных гормонов — играют ключевую роль в стимуляции роста и множестве процессов развития: удлинении и делении клеток, развитии ксилемы (для транспорта воды и питательных веществ) и адаптации к условиям освещения. Однако из-за высокой стоимости производства их нельзя напрямую использовать в сельском хозяйстве для увеличения биомассы.
Хотя важность брассиностероидов известна, точные механизмы их действия оставались неясными. Как отмечает руководитель исследования Такеши Накано из RIKEN Center for Sustainable Resource Science (CSRS), одно из важных направлений — «идентификация генов сигнального пути брассиностероидов и их применение в генной инженерии растений для усиления роста путём повышения регуляции этих механизмов. Это может повысить продуктивность сельскохозяйственных культур и производство биомассы, а также способствовать снижению CO2 за счёт его фиксации в растительных материалах».
С помощью методов химической биологии, используя мутантные растения и ингибитор биосинтеза брассиностероидов Brz, группа сосредоточилась на механизме работы BIL1 — главного регулятора, контролирующего около 3000 генов (10% от 30000 генов модельного растения Arabidopsis). Учёные обнаружили белок BSS1, который взаимодействует с BIL1 и негативно регулирует сигнальный путь брассиностероидов. Было известно, что BIL1 перемещается в ядро клетки под действием брассиностероидов, но молекулярный механизм этого процесса оставался неизвестным.
Изучая движение BSS1 в клетках с дефицитом брассиностероидов, исследователи с удивлением обнаружили, что образование комплекса крупных белков подавляет удлинение стебля. Они выяснили детальный механизм, по которому BIL1 «захватывается» при формировании этого белкового комплекса с BSS1, и обнаружили, что разрушение комплекса брассиностероидами, по-видимому, позволяет BIL1 переместиться в ядро. Таким образом, взаимодействие между BSS1 и брассиностероидами приводит к образованию комплекса и уменьшению высоты растения, тогда как разрушение комплекса, наоборот, вызывает удлинение стебля и увеличение высоты.
По словам Накано, «это очень важно для растениеводства, поскольку такая система — редкий пример, когда механизм действия биологически активных химических соединений может регулировать динамику белка через процессы образования или диссоциации белкового комплекса и в итоге влиять на развитие растения. На основе этих открытий мы надеемся разработать технологии для свободного контроля высоты растений биомассы и полезных культур и внести вклад в снижение содержания CO2 в атмосфере».