Учёные обнаружили парадоксальный механизм регуляции синтеза масла в растениях

Учёные из Брукхейвенской национальной лаборатории Министерства энергетики США обнаружили, что белок, включающий синтез масла, одновременно активирует белок, который ставит на этот процесс "тормоз". Эта, казалось бы, парадоксальная система, описанная в журнале Plant Physiology, поддерживает идеальный баланс предшественников масла для нужд растения.

"Мы были удивлены, обнаружив, что сигнальный белок, включающий путь синтеза масла, также включает и выключатель", — сказал биохимик Джон Шэнклин, руководивший исследованием.

Ключевой момент в том, что "выключатель" — белок BADC — является условным ингибитором. Он активирует тормозной механизм, только когда уровень свободных жирных кислот становится высоким. Это важно, так как накопление жирных кислот может быть токсичным для клетки.

Сборка пазла

Исследование основано на предыдущих работах группы Шэнклина:

• Одна работа показала, что BADC встраивается в ключевой фермент синтеза жирных кислот ACCase, тормозя его работу.
• Другая работа изучала сигнальный белок WRINKLED1 (WRI1), который включает ферменты синтеза жирных кислот, включая части ACCase, и служит "включателем" пути синтеза масла.

Связь между "включателем" (WRI1) и "выключателем" (BADC) была обнаружена, когда ведущие авторы Хуэй Лю и Чжиян Чжай заметили, что мутации в генах любого из этих белков приводят к аномально коротким корням у растений.

Дальнейшие исследования показали, что WRI1 прочно связывается с геном BADC, активируя его. Экспериментально было подтверждено, что добавление BADC к мутанту WRI1 восстанавливало нормальный рост корней.

Механизм "больших тормозов для быстрой машины"

Суть открытия: включение генов "выключателя" (BADC) "включателем" (WRI1) не останавливает синтез автоматически. Это даёт клетке возможность остановить производство, если уровень жирных кислот станет слишком высоким. Чем больше WRI1 усиливает производство, тем больше клетке нужно BADC, чтобы при необходимости его остановить.

"Это как дать более быстрой машине более мощные тормоза, которые понадобятся, чтобы остановиться, если на дорогу выбежит олень", — пояснил Шэнклин.

"Если жирные кислоты активно используются для создания мембран или масла, их уровень остаётся низким, и тормозная система BADC не требуется. Тормоза нужны только тогда, когда производство превышает спрос и жирные кислоты начинают накапливаться".

Это открытие может помочь в разработке новых способов управления производством масла в растениях для получения биотоплива или других полезных продуктов.