Выявлен клеточный барьер в растениях, мешающий созданию более питательных культур

Учёные из Университета штата Мичиган обнаружили белок, который может быть серьёзным препятствием для выращивания более крупных и питательных растений.

Белки выполняют большинство функций жизни. Если белки — это слова, то аминокислоты — буквы. Наши тела производят некоторые аминокислоты, но есть девять незаменимых аминокислот, которые мы и другие животные не можем синтезировать. Мы получаем их с пищей, в конечном счёте — из растений.

Десятилетиями учёные пытались повысить содержание аминокислот в сельскохозяйственных культурах, усиливая их системы производства, но всегда сталкивались с одной проблемой: растения заболевали.

Новое исследование предполагает, что белок-мишень рапамицина, или TOR, является главным препятствием. Работа опубликована в eLife.

"TOR — это главный регулятор метаболизма в растительных клетках. Он оценивает такие переменные, как доступность питательных веществ, уровень энергии, сигналы роста и так далее, и использует эту информацию для контроля роста клеток и метаболических функций", — сказал Пэнфэй Цао.

Оказывается, TOR оценивает доступность питательных веществ по наличию всего трёх аминокислот. Если дать растению много этих аминокислот, TOR решает, что питательных веществ в избытке, и переходит в режим "овердрайва". В реальности же доступность питательных веществ может быть недостаточной.

Одна из функций TOR — воздействовать на небольшие клеточные нити, называемые актином.

"Актиновые филаменты составляют «скелет» растительной клетки, который поддерживает её эндомембранную систему. Эти нити также помогают определять форму клетки. Мы обнаружили, что чрезмерно активный TOR приводит к увеличению производства белка и размера клетки, но форма клеток становится аномальной. Например, клетки корня не могут полностью сформировать корневые волоски для поглощения воды", — пояснил Цао.

Результат — нездоровое растение, которое развивается медленнее.

"Проблема не в том, что аминокислот слишком много. Возможно, эти культуры заболевают из-за побочных эффектов на крошечные структуры внутри их клеток. Как только мы поймём ключевые динамические процессы, вызывающие болезнь растений, мы сможем снова попытаться сверхпродуцировать аминокислоты сбалансированно и без вреда для здоровья", — отметил учёный.

Цао считает, что прорыв стал возможен благодаря междисциплинарному характеру работы, объединившей экспертизу в области клеточных структур и биохимических путей.