Исследователи из Японии и Великобритании обнаружили новые детали того, как молодые листья строят свои первые хлоропласты, энергетические фабрики растительных клеток. Исследователи определили новую роль белка, который был впервые идентифицирован 25 лет назад, но до сих пор не поддавался описанию.
Когда новое растение прорастает из семени и начинает выращивать первые листья, оно участвует в гонке за выживание, чтобы построить свои хлоропласты. Без хлоропластов, преобразующих солнечный свет в энергию, этот живительный солнечный свет вместо этого сжигает растение изнутри, производя вредные химические вещества, называемые активными формами кислорода. Построение хлоропластов требует ретрансляции коммуникационных сигналов между развивающимся хлоропластом и центральным ДНК-центром растительной клетки, ядром.
Белок GUN1, охарактеризованный исследователями, как известно, играет важную роль в этой связи между хлоропластом и ядром, но детали его роли остаются неясными.
«GUN1 так долго оставался загадкой», - сказал профессор Тацуру Масуда из Токийского университета, руководитель текущего исследования и окончательный автор недавней публикации в Proceedings of the National Academy of Sciences.
GUN1 ранее было трудно изучать, потому что, хотя растительные клетки производят его в больших количествах на протяжении всей своей жизни, белок быстро разлагается под действием солнечного света.
Исследовательская группа обнаружила, что GUN1 влияет на производство и высвобождение другой предполагаемой коммуникационной молекулы.
В первые дни развития листьев и в периоды отсутствия солнечного света GUN1 связывается с железосодержащей молекулой, которая недавно прославилась альтернативной или растительной «мясной» промышленностью: растительным гемом.
Растительный гем является частью класса химических соединений, называемых тетрапирролами, большими молекулами, построенными из четырех пятиугольных колец, которые связывают атомы металла в своем центре, такие как железо (гем) или магний (хлорофилл). Тетрапирролы - древний класс молекул, необходимых для жизни большинства организмов. Хотя исследователи понимают, как строятся тетрапирролы, мало что известно о том, как они перемещаются по клетке и что они делают в своем путешествии.
В серии экспериментов с использованием GUN1, выделенного из листьев молодых растений, исследователи обнаружили, что белок напрямую связывается с гем и другими тетрапирролами, тем самым контролируя выработку гема клеткой.
«Мы предполагаем, что GUN1 связывается с гемом, чтобы блокировать его перемещение из хлоропласта в ядро, что может способствовать эффективному развитию хлоропластов», - сказал Масуда
Поскольку GUN1 разлагается в присутствии солнечного света, он высвобождает гем только для отправки сигнала ядру, в то время как хлоропластам доступен свет для фотосинтеза в энергию.
«Понимание того, как хлоропласты устроены естественным образом, однажды может позволить нам потенциально управлять тем, как растения осуществляют фотосинтез в неблагоприятных условиях, например, при очень высокой или очень низкой интенсивности света», - сказал Масуда.
GUN1 является частью группы из шести генных мутаций, каждая из которых влияет на взаимодействие хлоропластного и ядерного геномов. Другие белки GUN также взаимодействуют с другими типами молекул тетрапиррола. Исследователи надеются, что теперь, охарактеризовав все белки GUN, они смогут лучше понять, как тетрапирролы способствуют передаче информации от хлоропласта к ядру.
«Нашими следующими шагами будет точное определение того, где именно на белке GUN1 связывается гем или другие тетрапирролы, и продолжение отслеживания транспорта гема по клетке», - сказал Масуда.