Неожиданная активность метаболита помогает расшифровать "язык света" растений

Исследователи обнаружили ранее неизвестный способ, которым растения регулируют свой рост в ответ на свет. Это открытие может помочь создать сельскохозяйственные культуры, лучше приспособленные к экологическому стрессу.

Впервые команда обнаружила, как соединение, участвующее в метаболизме растений, может "перепрограммировать" несвязанный с ним светочувствительный белок.

Эта неожиданная взаимосвязь, о которой сообщается в журнале Nature Communications, — важный шаг к более полному пониманию физиологии растений.

Ключевое открытие: метаболит активирует световой рецептор

Исследователи из Университета штата Мичиган изучали мутантные варианты модельного растения Arabidopsis, которые не могли производить важный фермент для синтеза флавоноидов. Они заметили, что один тип мутанта имел серьезные проблемы с ростом при определенном освещении, в то время как дикие растения и другие мутанты оставались здоровыми.

Виновником оказалось соединение нарингенин-халкон (NGC). Обычно эта молекула является промежуточным продуктом в процессе создания флавоноидов. Однако из-за отсутствия ключевого фермента в этом пути NGC накапливалась в клетках растения, вызывая дефекты роста.

Механизм взаимодействия

Чтобы выяснить причину, ученые создали тысячи различных мутантов Arabidopsis и вырастили их в стрессовых световых условиях. Растения, которые росли без дефектов, имели общую черту — мутацию в конкретном гене UVR8. Этот ген кодирует белок, который обычно воспринимает ультрафиолетовый (УФ) свет.

Биохимические эксперименты показали, что NGC физически взаимодействует с UVR8 и "перепрограммирует" его. Это активирует белок, заставляя его посылать сигналы, регулирующие рост, даже без присутствия УФ-света.

Значение открытия

"Мы были удивлены, обнаружив, что нарингенин-халкон, метаболический промежутаок, может напрямую модулировать функцию светочувствительного белка, такого как UVR8", — объяснила Нань Цзян, ведущий автор исследования.

Этот вид "кросс-тока" между специализированным метаболизмом и сигнализацией фоторецепторов открывает совершенно новый взгляд на то, как растения интегрируют метаболический статус с восприятием окружающей среды.

"В будущем этот механизм можно использовать для точной настройки роста, развития и стрессовых реакций растений", — сказал Эрих Гротевольд, соавтор исследования. "Это может привести к созданию культур с повышенной устойчивостью к световому стрессу и более эффективным использованием световой энергии".

Перспективы применения

Открытие помогает расширить горизонты для модификации растений, ориентированной на свет. Изменяя способность растения воспринимать свет и производить определенные соединения, можно создать культуры, которые будут эффективнее расти в условиях низкой освещенности или суровой среды, а также лучше реагировать на патогены.

"Эта работа раскрывает новый уровень регуляторной сложности", — сказала Цзян. "Она предполагает, что растения могут использовать малые молекулы не только как конечные продукты или защитные соединения, но и как сигнальные мессенджеры, которые тонко настраивают ключевые физиологические реакции, такие как рост и развитие".