Исследование раскрывает, как растения выбирают между жизнью и смертью

Ученые из Университета штата Мичиган обнаружили два белка, которые совместно определяют судьбу клеток растений, сталкивающихся с определенными стрессами.

Ключевое открытие, опубликованное в Nature Communications, было сделано в тот момент, когда руководитель проекта собирался уйти в отпуск. Постдок Ноэлия Пастор-Кантизано, работавшая тогда в лаборатории Брандицци в MSU-DOE Plant Research Laboratory (PRL), поделилась перспективными результатами по дороге в аэропорт.

Исследователи обнаружили, что белки BON-associated protein 2 (BAP2) и inositol-requiring enzyme 1 (IRE1) работают вместе в условиях стресса, что является вопросом жизни и смерти для растительных клеток.

Понимание функций этих белков может помочь в выведении растений, более устойчивых к стрессу эндоплазматического ретикулума (ER stress). Это имеет широкие последствия для сельского хозяйства: повышение устойчивости культур к засухе или жаре увеличивает их шансы на выживание в условиях меняющегося климата.

Механизм взаимодействия

Внутри эукариотических клеток находится органелла — эндоплазматический ретикулум (ЭР). Он производит и правильно сворачивает белки. Когда ЭР не справляется со своей работой, возникает ER stress. Клетка запускает механизм unfolded protein response (UPR), чтобы решить, что делать дальше: исправить проблему или начать процесс гибели клетки.

Было известно, что фермент IRE1 отвечает за запуск механизмов, которые либо спасают клетку, либо убивают ее. Но что активирует IRE1?

В этом исследовании лаборатория Брандицци искала главный регулятор процессов запрограммированной клеточной смерти. Ученые изучили сотни аксцессий (растений одного вида из разных локаций) Arabidopsis и обнаружили значительные вариации в их реакции на ER stress.

Сравнивая геномы наиболее различающихся по реакции аксцессий, они выявили кандидата — ген BAP2.

«Мы обнаружили, что BAP2 реагирует на ER stress, — говорит Ноэлия Пастор-Кантизано. — И что особенно важно, он способен контролировать и изменять активность IRE1. В то же время IRE1 способен регулировать экспрессию BAP2».

BAP2 и IRE1 работают вместе, сигнализируя друг другу о наилучшем курсе действий для клетки. Отсутствие одного из них приводит к гибели растения при нарушении гомеостаза ЭР.

Проект, от начала до конца, занял более семи лет кропотливой работы, включая выращивание крошечных семян Arabidopsis и многолетний анализ функций BAP2 в растениях.