Гибридные растения, полученные путем скрещивания двух разных типов родителей, часто погибают в условиях, в которых выжили бы оба родителя. Гибридная летальность называется. Некоторые гибридные растения табака, например, хорошо растут при 36 градусах Цельсия, но погибают при 28 градусах Цельсия, т. е. при такой температуре процветают оба родителя.
Группа исследователей из Токийского университета сельского хозяйства и технологий (TUAT) в Японии приступила к расшифровке молекулярных механизмов, с помощью которых гибридные клетки растений табака встречают свою гибель. Исследователи опубликовали свои результаты онлайн 15 июля в Scientific Reports, журнале Nature. Гибридные растения табака были выбраны для исследования, потому что они предлагают хорошую генетическую модель для изучения других гибридных растений.
При перемещении в более низкую температуру гибридные клетки табака вызывают процесс, называемый запрограммированной гибелью клеток. Звучит драматично, но это нормально и здорово - до определенного момента. У людей, например, клетки кожи отслаиваются, когда новые готовы вступить во владение. Это постоянное обновление. Однако в некоторых случаях клетки переусердствуют и отмирают до того, как появится замена, что приводит к гибели всего организма.
"Что вызывает запрограммированную гибель клеток, связанную с летальностью гибридов у растений?" - спросил Тецуя Ямада, автор статьи и доцент Объединенной высшей школы сельскохозяйственных наук Токийского университета сельского хозяйства и технологий.«Это проблема, которую мы решили лучше понять».
Исследователи использовали мощные инструменты визуализации, чтобы заглянуть внутрь гибридных клеток. Они обнаружили белковые агрегаты - неправильно свернутые или иным образом мутировавшие белки - накапливающиеся в гибридных клетках.
«Мы обнаружили, что запрограммированная гибель клеток вызывается в растительных клетках накоплением белковых агрегатов в результате потери белкового гомеостаза», - сказал Ямада.
Гомеостаз белков относится к сложному и хрупкому балансу между развитием новых белков и гибелью старых белков в и без того хрупкой клеточной экосистеме. По словам Ямады, потеря гомеостаза может быть результатом аутоиммунного ответа, который индуцируется после температурного сдвига.
В попытке бороться с этим клеточным распадом исследователи обрабатывали гибридные клетки табака солью (натрий-4-фенилбутират), которая, как известно, помогает белкам правильно складываться. Ямада называет это «химическим сопровождающим».«Это не только остановило накопление белковых агрегатов, но и остановило то, что ранее было необратимым прогрессированием гибели клеток.
Далее Ямада и исследователи планируют продолжить изучение того, как накопление белковых агрегатов участвует в индукции запрограммированной гибели клеток, особенно в отношении устойчивости растений к болезням и экологического стресса.
«Мы также проясним молекулярные механизмы, участвующие в регуляции белкового гомеостаза», - сказал Ямада. «Конечная цель состоит в том, чтобы создать метод генетического улучшения для создания сортов сельскохозяйственных культур с улучшенной устойчивостью к болезням и устойчивостью к стрессам окружающей среды за счет улучшения функции поддержания белкового гомеостаза».