Исследование, проведенное в Брукхейвенской национальной лаборатории Министерства энергетики США, выявило новые детали того, как сигнальная молекула сахара помогает регулировать выработку масла в растительных клетках. Как описано в статье, опубликованной в журнале The Plant Cell, работа может указать на новые способы создания растений для производства значительного количества нефти для использования в качестве биотоплива или для производства других продуктов на основе нефти.
Исследование основано на предыдущем исследовании под руководством биохимика Брукхейвенской лаборатории Джона Шанклина, которое установило четкую связь между белковым комплексом, который определяет уровень сахара в растительных клетках (в частности, субъединицей, называемой KIN10), и другим белком, который служит «включателем». для добычи нефти (WRINKLED1). Используя эти знания, команда Шанклина недавно продемонстрировала, что они могут использовать комбинации генетических вариантов, которые увеличивают накопление сахара в листьях растений, чтобы увеличить производство масла. Новая работа дает более детальное представление о связи между передачей сигналов сахара и производством масла, точно определяя, какие молекулы регулируют баланс и как.
«Если бы вы были клеткой, вы бы хотели знать, должны ли вы создавать новые соединения или разрушать существующие», - сказал Шанклин. «Производство масла требует больших усилий; вы хотите производить его, когда у вас много энергии, которая в клетках измеряется количеством доступного сахара. Понимая, как доступность сахара влияет на производство масла, мы надеемся найти способы заставить растения повысить приоритет производства масла."
Предыдущее исследование команды выявило некоторые ключевые биохимические детали процесса балансировки сахара и масла. В частности, они обнаружили, что при низком уровне сахара часть KIN10 комплекса, чувствительного к сахару, отключает выработку масла, вызывая деградацию переключателя включения масла (WRINKLED1). Высокий уровень сахара каким-то образом предотвратил эту деградацию, оставив стабилизированный белок, способный вырабатывать масло. Но ученые не понимали, как именно.
Для новой статьи первые авторы Чжиян Чжай и Джантана Киритавип провели подробное исследование, чтобы выяснить, как эти молекулярные игроки взаимодействуют, чтобы увеличить производство масла при изобилии сахара.
Команда использовала новую технику, называемую микромасштабным термофорезом, которая использует флуоресцентные красители и тепло для точного измерения силы молекулярных взаимодействий.
«Вы помечаете молекулы флуоресцентным красителем и измеряете, как они удаляются от источника тепла», - объяснил Шанклин.«Затем, если вы добавите еще одну молекулу, которая связывается с помеченной молекулой, это изменит скорость, с которой помеченная молекула удаляется от тепла».
«Быстрое применение Яном и Чжияном этой новой техники к этой сложной исследовательской проблеме стало ключом к ее решению», - сказал Шанклин.
Среди веществ, включенных в исследование, была молекула, известная как трегалоза-6-фосфат (T6P), уровень которой повышается и понижается вместе с уровнем сахара. Исследование показало, что T6P напрямую взаимодействует с компонентом KIN10 комплекса, чувствительного к сахару. И это показало, как это связывание мешает KIN10 отключать биосинтез масла.
«Измеряя взаимодействия между множеством различных молекул, мы определили, что сигнальная молекула сахара, T6P, связывается с KIN10 и препятствует его взаимодействию с ранее не идентифицированным промежуточным продуктом в этом процессе, известным как GRIK1, который необходим. чтобы KIN10 пометил WRINKLED1 для уничтожения. Это объясняет, как сигнал влияет на цепочку событий и приводит к увеличению добычи нефти», - сказал Шанклин. «Это не просто сахар, а сигнальная молекула, которая поднимается и опускается вместе с сахаром, что тормозит механизм отключения нефти».
Чтобы применить эти знания для увеличения добычи нефти, ученым потребуется еще больше деталей. Итак, следующим шагом будет детальное изучение взаимодействия T6P с его белком-мишенью KIN10 на Национальном источнике синхротронного света II в Брукхейвене (NSLS-II). Этот пользовательский объект DOE Office of Science производит чрезвычайно яркие рентгеновские лучи, которые команда будет использовать, чтобы точно определить, как взаимодействующие молекулы соединяются друг с другом.
«С NSLS-II в Брукхейвенской лаборатории мы находимся в идеальном месте, чтобы вывести это исследование на следующий этап», - сказал Шанклин. «В Источнике света доступны уникальные инструменты, которые позволят нам добавлять детали атомарного уровня к обнаруженным нами взаимодействиям."
И эти детали могут указать на способы изменения последовательности KIN10, белка-мишени T6P, чтобы имитировать эффекты взаимодействия и модифицировать регуляторные схемы клетки, чтобы отдать приоритет производству масла.