Учёные раскрыли механизм балансировки метаболизма растений

Яркие цвета растений, такие как красные тюльпаны или фиолетовые сирени, создаются пигментами — антоцианами. Они не только привлекают опылителей, но и защищают растение, фильтруя вредное излучение и нейтрализуя свободные радикалы. Хотя процесс синтеза антоцианов в основном метаболизме хорошо изучен, их последний путь к вакуоли, где они проявляют цвет, оставался загадкой.

Учёные из Университета штата Мичиган Эрих Гротевольд и Нан Цзян проверили гипотезу, что фермент из семейства глутатион-S-трансфераз (GST) защищает антоцианы во время транспорта из эндоплазматического ретикулума в вакуоль. Для этого они использовали мутант Arabidopsis thaliana под названием tt19, у которого из-за мутации в GST не образуются антоцианы, и семена выглядят белыми.

Исследователи провели мутагенез всего генома tt19, чтобы найти ген, ответственный за деградацию антоцианов. Идея была такова: если "выключить" разрушающий фермент, то защита GST станет не нужна, и пигментация восстановится. Нан Цзян разработал метод скрининга десятков тысяч крошечных проростков для поиска тех, у кого вернулся цвет.

Из тысяч проростков было отобрано и выращено шесть супрессорных линий (мутантов, подавляющих бесцветный фенотип tt19). Однако секвенирование их геномов показало неожиданный результат: восстановление пигментации было связано не с GST, а с мутациями в системе биогенеза малых интерферирующих РНК (siRNA), а именно в пути RDR6–SGS3–DCL4.

Было обнаружено, что супрессоры не только частично восстанавливали уровень антоцианов, но и вызывали массивное накопление другого типа флавоноидов — флавонолов. Углерод из центрального метаболизма перенаправлялся в специализированный путь, но только при одновременном наличии мутаций в tt19 (GST) и RDR6.

По словам Гротевольда, в норме siRNA из специализированного метаболизма действуют как стабилизаторы, контролируя и балансируя центральный метаболизм в ответ на стресс. Но когда происходят сбои и в специализированном метаболизме (GST), и в системе биогенеза siRNA, баланс нарушается, и в метаболизме наступает "хаос".

Исследование, опубликованное в Nature Communications, открывает новое понимание того, как центральный и специализированный метаболизм растений координируются на молекулярном уровне.