Как стероидные гормоны помогают растениям расти

Растения могут чрезвычайно быстро адаптироваться к изменениям окружающей среды. В этом им помогают гормоны — химические посредники, активируемые в ответ на световые и температурные стимулы. Ключевую роль здесь играют растительные стероидные гормоны, схожие с человеческими половыми гормонами. В текущем выпуске Nature Communications учёные описывают новый сигнальный путь для гормонов класса брассиностероидов.

Растения превосходят людей и животных в ряде аспектов. Они обладают впечатляющей способностью к регенерации, позволяющей отращивать целые органы. Например, после удара молнии дерево может восстановить всю свою крону. Однако у жизни растения есть один серьёзный недостаток: они буквально привязаны корнями к месту обитания и полностью во власти стихий. В ответ на эту дилемму растения выработали механизмы, позволяющие им быстро адаптировать рост и развитие к изменениям.

Важными посредниками этой гибкости являются растительные гормоны. Ключевую роль играют брассиностероиды. Эти гормоны действуют в минимальных концентрациях, регулируют удлинение и деление клеток и активны на протяжении всего жизненного цикла растения. Команда исследователей из Технического университета Мюнхена (TUM) и Венского университета описала новый сигнальный путь для брассиностероидов.

Точки сбора для ДНК-связывающего белка

Когда брассиностероиды связываются с рецептором на клеточной стенке, они запускают многоуровневый каскад реакций, регулирующий активность транскрипционного фактора CESTA (CES). Транскрипционные факторы связываются с ДНК в ядре клетки и способны активировать гены, изменяющие белковый состав клетки.

Команда учёных под руководством профессора Бриджит Поппенбергер из Института биотехнологии садовых культур TUM впервые показала, что после активации брассиностероидами концентрация белка CES увеличивается в определённых областях ядра.

Эти структуры существуют в виде ядерных телец в клеточном ядре. Учёные полагают, что транскрипционный фактор CES собирается в специфических областях ДНК для эффективного контроля функции генов. «Клетка, похоже, концентрирует ключевые ресурсы, чтобы быстро запустить производство определённых белков. Это можно сравнить со строительной площадкой, где рабочие временно собираются в определённом месте, чтобы разгрузить стройматериалы», — объясняет Поппенбергер.

Новый сигнальный путь

Учёные также описали механизм, который даёт молекулам CES сигнал к сбору. У молекул есть сайт связывания для белка SUMO. Как только он присоединяется, CES перемещается в ядерные тельца. При этом он защищён от расщепления ферментами. «Интересно, что маркер SUMO, по-видимому, усиливает эффект CES, — продолжает Поппенбергер. — Это противоположно тому, что происходит в животном мире, где белок SUMO известен как репрессор эффектов, опосредованных транскрипционными факторами».

Результаты исследования — важный шаг к пониманию функций брассиностероидов. «Мы уже десятилетиями используем другие виды гормонов для стимуляции роста и увеличения урожайности в садоводстве и сельском хозяйстве, — говорит Поппенбергер. — Но мы никогда не использовали потенциал брассиностероидов. Понимание того, как они работают, поможет применять их в растениеводстве. К этому мы и стремимся в нашей работе».