Исследование раскрывает тонкий биохимический баланс, необходимый для роста растений

Учёные из Брукхейвенской национальной лаборатории, изучая, как модификация клеточных стенок растений может повлиять на производство биомассы и её расщепление для биотоплива, обнаружили тонкий биохимический баланс, критически важный для устойчивого роста и размножения растений. Их работа посвящена пектину — сахаридному компоненту клеточных стенок, широко используемому в пищевой промышленности как желирующий и стабилизирующий агент. Результаты могут указать новые пути улучшения его свойств для промышленного и пищевого применения.

Исследование опубликовано в журнале The Plant Cell.

Цель и методы исследования

Целью было понять, как небольшие молекулы, например ацетиловые эфиры (ацетилэстеры), связывающиеся с сахаридным остовом, влияют на структуру и свойства пектина. Проанализировав геном тополя (биоэнергетической культуры и модельного растения), учёные выделили и охарактеризовали ген, кодирующий предполагаемый фермент, способный отщеплять ацетилэстеры от пектина. Биохимические эксперименты подтвердили, что этот фермент, названный пектин-ацетилэстеразой, специфично удаляет ацетилэстеры из пектина клеточных стенок.

Затем ген встроили в табак (другое модельное растение), чтобы изучить последствия «нарушения» ацетилирования пектина для роста растения и перевариваемости биомассы.

Ключевые результаты

• Нарушение роста: Удаление ацетилэстеров из пектина резко нарушило способность клеточных стенок к удлинению, что пагубно сказалось на росте растений. Наиболее драматичный эффект наблюдался на пыльце: удаление ацетилэстеров задерживало прорастание пыльцевых зёрен и рост пыльцевых трубок, что приводило к полной стерильности растений.
• Неожиданный эффект на перевариваемость: Вопреки ожиданиям, основанным на in vitro исследованиях, удаление ацетилэстеров из пектина не облегчило, а затруднило ферментативное расщепление биомассы клеточной стенки. Это указывает, что для действия пищеварительных ферментов необходимы точные паттерны ацетилирования полисахаридов клеточной стенки (по крайней мере, пектина).

Значение и перспективы

Понимание деталей этого тонкого биохимического баланса необходимо для манипуляций с растениями с целью сохранения устойчивости биомассы и улучшения перевариваемости клеточных стенок для производства биотоплива.

Кроме того, исследование предоставляет ценный молекулярный инструмент (пектин-специфичную деацетилазу) для управления свойствами пектина, такими как растворимость и желирующая способность, что может улучшить его применение в промышленности и пищевой обработке.