Как витамин E помогает растениям выживать в экстремальных условиях
Витамин E — мощный антиоксидант, который может действовать как часовой в растениях, передавая молекулярные сигналы из хлоропласта (клеточной органеллы) в ядро при экстремальных условиях окружающей среды. К такому выводу пришли авторы статьи в Trends in Plant Science Серхи Мунне-Бош и Паула Муньос с факультета биологии Университета Барселоны (UB).
Этот поток информации, достигающий клеточного ядра (ретроградная сигнализация), — молекулярный механизм, облегчающий адаптивный ответ растений на стрессовые ситуации (засоление, нехватка питательных веществ, засуха, старение и т.д.).
Путь коммуникации от хлоропласта к ядру
Витамин E объединяет группу молекул природного происхождения — токоферолы и токотриенолы, синтезируемые фотосинтезирующими организмами. Эти молекулы, имеющие схожую функцию и химическую структуру, различаются по распределению и локализации. Токоферолы распространены по всему растительному царству, а токотриенолы встречаются только у некоторых видов и в определённых органах, считаясь вторичными метаболитами.
Новое исследование подчёркивает биологическую роль витамина E в процессе клеточной коммуникации между хлоропластом и ядром. «Роль витамина E заключается в отправке сигналов из хлоропласта в ядро для перепрограммирования клетки на молекулярном уровне и запуска адекватных ответов на различные стрессовые ситуации. Этот поток информации, идущий к ядру, регулировал бы ключевые аспекты развития растений, такие как старение органов (листьев, цветов) или созревание плодов», — говорит Серхи Мунне-Бош.
Путь деградации хлорофилла
Наиболее изученный путь синтеза витамина E сочетает два маршрута: немевалонатный путь, который генерирует фитил или геранилгеранил в химической структуре токоферолов и токотриенолов соответственно, и путь шикимовой кислоты, который производит гомогентизиновую кислоту (а затем хроманольное кольцо) в обоих антиоксидантах.
Существует также альтернативный путь синтеза витамина E через деградацию хлорофилла. «Это биологически важный путь в растительном мире, в результате которого образуется химическое соединение — фитол. В конечном итоге он позволяет получить фитил без участия метилэритритол фосфата», — пишут авторы.
Этот новый путь возможен при активации двух ферментов с киназной активностью — VTE5 и VTW6. Они облегчают превращение фитола в фитил дифосфат и, таким образом, включение этой молекулы в биосинтез токоферолов. «Мы мало знаем о том, как регулируется этот альтернативный биосинтетический путь, но мы знаем, что он действует в стрессовых ситуациях и при старении, связанном с активной деградацией хлорофилла», — говорит Серхи Мунне-Бош.
Витамин E участвует в физиологических процессах, связанных с ростом, фотозащитой, цветением, долголетием и старением растений. «Это важный фактор защиты как фотосинтезирующих, так и нефотосинтезирующих тканей. Если витамина E не хватает, эффекты на растения могут быть сильнее или слабее в зависимости от вида, изучаемого органа и, прежде всего, условий эксперимента. Как правило, чем выше стресс, тем больше эффект мы увидим».
Лучшее понимание роли витамина E в нефотосинтезирующих тканях растений (корни, клубеньки, запасающие ткани, некоторые цветы и плоды) — одно из будущих направлений работы исследовательской группы ANTIOX UB. Это откроет возможности для новых исследований в области биотехнологии, пищевой промышленности и эко-физиологии.
«Все эти выводы важны как для фундаментальной биологии, так и для биотехнологии, поскольку позволят изменять такие аспекты, как созревание плодов и долговечность цветов, до и после сбора урожая», — заключают авторы.