Учёные выявили связь между светом и развитием хлоропластов
Долгое время предполагалось, что свет активирует экспрессию генов в хлоропластах посредством так называемого тиол-опосредованного редокс-регулирования. Однако механизм, лежащий в основе этой регуляции, оставался неясным. Группа Асы Странд в Центре наук о растениях Умео идентифицировала компоненты, участвующие в этом редокс-регуляторном механизме. Результаты опубликованы в журнале Nature Communications.
Хлоропласт — это место в клетке, где происходит фотосинтез. Когда проросток выходит из почвы, он постепенно зеленеет, и в процессе этого «озеленения» фотосинтетический аппарат в хлоропластах развивается и становится полностью функциональным. Установление фотосинтеза — сложный процесс, включающий активацию экспрессии генов в хлоропласте в ответ на свет. Группа Асы Странд идентифицировала компонент, который связывает световой сигнал с активацией экспрессии генов в хлоропласте.
Было показано, что определённые белки, называемые тиоредоксинами, передают электроны (в основном полученные от света) белку PRIN2 (PLASTID REDOX INSENSITIVE2). PRIN2 восстанавливается и меняет свою структуру с димера (две молекулы PRIN2 связаны вместе) на мономер (отдельные белки). Затем мономеры PRIN2 активируют экспрессию фотосинтетических генов в хлоропласте. Этот тип регуляции называется тиол-опосредованным редокс-регулированием, потому что функциональная химическая группа, опосредующая перенос электронов, — это содержащая серу тиольная группа.
«Мы идентифицировали PRIN2 несколько лет назад. Мы знали, что он чувствителен к редокс-изменениям и необходим для нормальной экспрессии генов в хлоропласте», — объясняет Аса Странд. «Теперь мы показали, что PRIN2 регулируется светом через тиоредоксины, а затем активирует белковый комплекс PEP. Этот белковый комплекс отвечает за экспрессию генов, связанных с фотосинтезом, в хлоропласте».
Белковый комплекс PEP (plastid-encoded RNA polymerase) считывает информацию, хранящуюся в ДНК генома хлоропласта, и копирует её в РНК. Затем РНК служит матрицей для перевода информации, хранящейся в ДНК, в белки. PEP — это крупный белковый комплекс, которому для полной функциональности необходимы несколько ассоциированных белков. Один из этих ассоциированных белков — PRIN2.
Белки, необходимые для полностью функционального фотосинтетического аппарата, частично закодированы в ядре, а частично — в геноме хлоропласта клетки. Таким образом, требуется определённая коммуникация между двумя клеточными компартментами, чтобы все компоненты были доступны в нужное время во время развития проростка. PRIN2 играет важную роль в этой коммуникации, поскольку статус комплекса PEP связывает функциональное состояние хлоропласта с ядром, позволяя растению синхронизировать экспрессию фотосинтетических генов из ядерного и хлоропластного геномов во время развития проростка.