Растения без системы клеточной рециркуляции проявляют креативность в темноте
Лишённые солнечного света растения не могут преобразовывать атмосферный углекислый газ в сахара, что лишает их одного из важнейших строительных блоков.
Основное оружие растений в борьбе с этим и другим дефицитом — аутофагия. Подобно рециркуляции, она помогает расщеплять повреждённые или ненужные части клетки для повторного использования строительных блоков.
Новое исследование Вашингтонского университета в Сент-Луисе показывает, что растения, лишённые ключевых компонентов для аутофагии, вынуждены проявлять креативность в рециркуляции таких питательных веществ, как углерод, когда их оставляют в темноте.
Исследование под руководством Ричарда Виерстры (George and Charmaine Mallinckrodt Professor of Biology) проводилось на кукурузе (Zea mays) — важной сельскохозяйственной культуре — и опубликовано в журнале The Plant Cell.
"Кукуруза — быстрорастущее растение, и гомеостаз питательных веществ особенно важен для поддержания этого быстрого роста", — отметил первый автор исследования Фионн Маклохлин, выполнивший эту работу в качестве постдока.
"Мы были весьма удивлены масштабом специфических ответов, которые происходили у мутантов по аутофагии в ответ на голодание по фиксированному углероду", — добавил он.
Методология исследования:
- Использовались растения кукурузы с наличием или отсутствием гена, связанного с аутофагией, ATG12.
- Листья растений заворачивали в фольгу, чтобы лишить их света.
- С помощью современных инструментов сравнивали и анализировали транскриптом, протеом, метаболом и ионом кукурузы.
- Фиксировались изменения в метаболитах, связанных с аминокислотами, углеводами и нуклеотидами.
"В целом, нам удалось создать детальный обзор наиболее важных процессов, происходящих во время затемнения листьев", — сказал Виерстра.
"В частности, повышение регуляции альтернативных катаболических процессов — включая протеазы и фосфолипазы вместе с корректировками альтернативных дыхательных соединений — действительно углубило наше понимание важности аутофагического оборота и поддержания доступных источников энергии", — пояснил Маклохлин.
Контекст и значение:
В предыдущем исследовании Виерстра и Маклохлин изучали, что происходит с кукурузой при дефиците другого важного макроэлемента — азота.
"Помимо важности для производства различных метаболитов, также интересно наблюдать, как аутофагия опосредует транспорт азота, получаемого в корнях, и углерода, фиксируемого в листьях", — отметил Маклохлин.
"Понимание того, как аутофагия контролирует эффективность использования питательных веществ, важно для разработки новых стратегий выращивания сельскохозяйственных культур с использованием меньшего количества или альтернативных ресурсов. Кроме того, мы потенциально можем изменить содержание белка или масла в видах сельскохозяйственных культур, сделав их более питательными и/или рентабельными", — заключил он.