Биологи растений уже давно ищут более глубокое понимание фундаментальных процессов с участием киназ, ферментов, которые катализируют ключевые биологические активности в белках. Анализ процессов, лежащих в основе киназ в растениях, приобретает все большую актуальность в сегодняшней окружающей среде, которая все больше меняется в результате потепления климата.
Некоторые киназы «SnRK2» (протеинкиназы-2, не связанные с ферментацией сахарозы-1) необходимы, поскольку известно, что они активируются в ответ на засуху, вызывая защитное закрытие мелких пор на поверхности листьев. известный как стома. Эти поры позволяют углекислому газу проникать в листья, но растения также теряют более 90 процентов своей воды, испаряясь через них. Функции открытия и закрытия пор помогают оптимизировать рост и устойчивость к засухе в ответ на изменения в окружающей среде.
Теперь биологи растений из Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали новый наносенсор, который позволяет исследователям контролировать активность протеинкиназы SnRK2 в живых растительных клетках. Датчик активности SnRK2, или «SNACS», описан в журнале eLife.
Предыдущие попытки анализа активности протеинкиназы включали утомительный процесс измельчения растительных тканей и измерения активности киназы с помощью клеточных экстрактов. На эксперимент требовалось более 100 листьев для анализа устьичных пор, образующих «защитные клетки». Теперь SNACS позволяет исследователям анализировать изменения в режиме реального времени по мере их возникновения.
«Раньше было невозможно исследовать активность SnRK2 с временным разрешением в живых растительных клетках», - сказал заслуженный профессор биологических наук Джулиан Шредер, член секции клеточной биологии и биологии развития и старший автор новой статьи..«Сенсор SNACS сообщает о прямой визуализации в реальном времени активности киназы SnRK2 в отдельных живых растительных клетках или тканях».
Новый биосенсор уже приносит дивиденды. Исследователи описывают использование SNACS для предоставления новых доказательств давних вопросов о SnRK2 и фундаментальных взаимодействиях с углекислым газом. Исследователи показали, что абсцизовая кислота, гормон стресса, вызываемый засухой в растениях, активирует киназы, а повышенное содержание углекислого газа - нет, что решает недавно обсуждавшийся вопрос.
«Наши результаты могут быть полезны исследователям, изучающим реакции растений на стресс окружающей среды и анализирующим, как различные сигнальные пути взаимодействуют друг с другом в растительных клетках», - сказал Йохей Такахаши, ученый проекта Калифорнийского университета в Сан-Диего и соавтор исследования.. «Возможность исследовать регуляцию киназы SnRK2 с временным разрешением в живых растениях имеет особое значение для понимания реакции растительных клеток на стресс окружающей среды."
Новый наносенсор был разработан с использованием подхода, предложенного покойным профессором Калифорнийского университета в Сан-Диего Роджером Тсьеном, за который он был удостоен Нобелевской премии.
В исследовательскую группу входили Ли Чжан, Йохей Такахаши, По-Кай Хсу, Коллист Ханнес, Эбе Мерило, Патрик Крисан и Джулиан Шредер.