В исследовании, опубликованном в журнале Science, международная группа исследователей во главе с учеными из Центра исследований устойчивых ресурсов RIKEN в Японии, Фуцзяньского университета сельского и лесного хозяйства, Китай, и Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе обнаружила Механизмы, посредством которых криптохром 2 - ключевой фоторецептор, позволяющий растениям реагировать на синий свет, - включается и выключается, позволяя растениям оставаться чувствительными к свету.
Растения полагаются на свет для осуществления фотосинтеза, при этом они производят энергию, но реакция на свет важна и в других отношениях. Растения растут в ночное время, используя энергию, запасенную в дневное время, а растения длинного дня начинают цвести, когда день становится длиннее, а ночь короче. Хотя было давно известно, что синий свет играет ключевую роль в активации реакции растений в условиях естественного освещения, благодаря действию криптохромов - фоторецепторов синего света - и других фоторецепторов, механизм включения и выключения реакции оставался неясным..
В последние годы был достигнут значительный прогресс в понимании функции криптохромов. Первоначально предполагалось, что рецепторы активируются и инактивируются посредством процесса «фотовосстановления» - системы, подобной той, которая используется в процессе фотосинтеза, когда электроны переносятся, перемещая энергию между молекулами.
Чтобы определить, является ли это реальным механизмом, группа начала с скрининга трансгенных линий арабидопсиса - модельной травы, используемой в генетике растений - с использованием библиотеки FOX, разработанной Таканари Итикавой и Минами Мацуи из бывшего Центра науки о растениях RIKEN., чтобы найти линии, которые экспрессировали фенотипы, подобные мутантному штамму, который не реагирует должным образом на синий свет. Они идентифицировали линии, которые сверхэкспрессируют белок, названный BIC1, который соответствует мутантному фенотипу. Они определили, что этот белок блокирует действие фоторецептора криптохрома 2.
Кроме того, с помощью серии экспериментов они смогли показать, что это не процесс фотовосстановления, и раскрыли точный механизм, посредством которого это происходит. Оказывается, криптохром 2 претерпевает конформационные изменения, принимая форму димера, под воздействием синего света, и что эта форма гомодимера является активной формой. Однако димерная форма исчезала в присутствии белка BIC1. «Мы показали, - говорит Мацуи, один из руководителей исследования, - что существует механизм десенсибилизации, когда фотоактивируемый фоторецептор регулируется синим светом, чтобы избежать избыточной реакции. Это важно, поскольку позволяет растениям поддерживать гомеостаз. их реакции на синий свет, чтобы адаптироваться к изменчивой световой среде в природе."
Мацуи продолжает: «Благодаря этой работе мы надеемся узнать, как мы можем использовать действие BIC1 для получения растений с лучшими характеристиками биомассы. Эта работа также важна, потому что криптохромы животных также образуют гомодимеры, и это может нам помочь. получить представление о том, как поддерживается циркадный ритм у животных».