Белки, помогающие растениям справляться с обезвоживанием: обзор клеточных сигнальных путей

Ферменты протеинкиназы регулируют клеточную активность практически у всех организмов. Они включают или выключают другие белки, присоединяя к ним фосфатные химические группы — процесс, известный как фосфорилирование. Это регулирует активность нижестоящих сигнальных путей. Абсцизовая кислота (ABA) — критически важный гормон, регулирующий рост и выживание растений, — один из таких белков, модулируемых протеинкиназами. Кадзуо Синодзаки из RIKEN Center for Sustainable Resource Science и его коллеги получили важные данные о семействе киназ, связывающих сигнализацию ABA с другим путем ответа на стресс окружающей среды.

Группа Синодзаки более десяти лет изучает протеинкиназы, модулирующие функцию ABA. «Нас интересуют пути передачи сигнала ABA, чтобы понять реакции растений на стрессоры окружающей среды, такие как засуха, высокая соленость, холод и жара», — говорит Синодзаки.

Ранее исследователи обнаружили, что белки SNF1-related protein kinase 2 (SnRK2) помогают активировать различные нижестоящие эффекторы ABA. Они также идентифицировали подмножество «подкласса III SnRK2», которое помогает растениям реагировать на обезвоживание через отдельный сигнальный путь. В своем последнем исследовании, в сотрудничестве с Тайси Умедзавой из Токийского университета сельского хозяйства и технологий, группа Синодзаки разработала серию экспериментов для идентификации нижестоящих мишеней этих киназ, участвующих в реакции на осмотический стресс или сигнализацию ABA.

Синодзаки и коллеги идентифицировали фосфорилированные белки у растений резуховидки Таля, обработанных ABA или подвергнутых обезвоживанию, и сравнили результаты с мутантным штаммом srk2dei, дефицитным по трем ключевым белкам подкласса III SnRK2. Их анализ выявил множество дифференциально модифицированных мишеней с удивительно небольшим перекрытием между мишенями при обезвоживании и обработке ABA.

Анализируя аминокислотные последовательности, которые модифицируются белками SnRK2 в этих условиях, исследователи получили новые ценные данные о механизмах клеточной сигнализации растений. Например, они выявили связь между путем SnRK2 и митоген-активируемыми протеинкиназами (MAPK) — семейством сигнальных белков, играющих критическую роль практически в каждой клеточной функции. Они также обнаружили новый белок, названный SnRK2 substrate 1, который ингибирует опосредованное ABA ограничение роста, но, по-видимому, не затрагивается сигналами, индуцированными обезвоживанием.

Продемонстрировав мощь этого подхода, Синодзаки надеется глубже изучить, как растения справляются с экологическими проблемами. Эта информация может помочь в создании сельскохозяйственных культур, устойчивых к засухе и другим кризисам. «Нас интересуют "осмосенсоры", которые могут обнаруживать условия дефицита воды, — говорит он, — и мы продолжим анализировать роль SnRK2 в сигнализации осмотического стресса».