Родственные белки растений по-разному контролируют форму и рост клеток
Новое исследование из Лаборатории Сэйнсбери Кембриджского университета показало, как растения точно контролируют свой рост и развитие. Оказалось, что внешне схожие молекулярные компоненты выполняют удивительно разные функции.
Исследование, опубликованное в Science Advances, фокусируется на белковом комплексе SCAR/WAVE. Эта важная молекулярная машина помогает формировать клетки растений, направляя образование внутреннего каркаса — актинового цитоскелета. Это критически важно для таких процессов, как рост корневых волосков (необходимых для поглощения питательных веществ) и формирование формы волосков на листьях (трихом).
Растения, как и другие сложные организмы, полагаются на динамическую реорганизацию цитоскелета для роста и реакции на среду. Комплекс SCAR/WAVE играет ключевую роль в этом процессе, активируя другую группу белков — комплекс ARP2/3, который инициирует ветвление актиновых филаментов. Гены SCAR/WAVE есть у многих видов растений и часто существуют в виде небольших семейств родственных генов. Учёные задавались вопросом, выполняют ли разные версии уникальные роли.
Команда из Кембриджа под руководством доктора Себастьяна Шорнака исследовала два близкородственных белка SCAR — MtAPI и MtHAPI1 — у модельного бобового растения Medicago truncatula. Они обнаружили, что эти белки, несмотря на сходство, не взаимозаменяемы. MtAPI критически важен для нормального развития корневых волосков, но MtHAPI1 не может выполнять эту роль. И наоборот, в тестах на модельном растении Arabidopsis thaliana MtHAPI1 (но не MtAPI) мог компенсировать дефекты в развитии трихом, вызванные неисправным белком SCAR у арабидопсиса. Это чётко продемонстрировало, что два родственных белка SCAR выполняют в растении различные функции.
Углубившись в исследование, учёные идентифицировали специфическую последовательность из 42 аминокислот в области внутренне неупорядоченной структуры белка MtAPI, которая существенно влияет на стабильность белка. Наличие этого короткого сегмента приводит к более низкому уровню белка MtAPI в клетках растений, что указывает на механизм тонкой настройки его количества. Интересно, что этот сегмент, по-видимому, функционирует как общий дестабилизирующий элемент, влияющий на другие белки, к которым он присоединён, даже у разных видов растений.
«Наши результаты раскрывают удивительную молекулярную основу того, как растения могут достигать функционального разнообразия, используя близкородственные белки, — сказала доктор Сабина Брумм, ведущий автор исследования. — Внутренне неупорядоченные области, которые были наименее изучены, на самом деле критически важны для определения того, что эти белки SCAR делают в клетке».
Это исследование значительно углубляет наше понимание того, как регулируется комплекс SCAR/WAVE и как он способствует развитию растений.
«Раскрыв различия между этими белками SCAR, мы получаем более глубокое представление о сложных механизмах, контролирующих форму и рост клеток у растений, — пояснил доктор Шорнак. — Эти знания могут иметь значение для понимания взаимодействий растений с микроорганизмами и, возможно, для разработки стратегий улучшения роста и устойчивости растений».
Исследование подчёркивает сложность и изящество молекулярной регуляции у растений и открывает новые пути для изучения того, как контролируются стабильность и функция белков.