Широкие бобы процветают, несмотря на гиперактивный ионный канал

Растения с гиперактивным ионным каналом вакуоли испытывают сильный стресс и плохо растут. Но широкие бобы (Vicia faba) являются исключением, как обнаружили исследователи из Вюрцбурга. Их исследование опубликовано в журнале eLife.

Мембрана центральной вакуоли играет важную роль в передаче электрических сигналов в растениях. Вакуоли — это резервуары для минералов, отходов и ионов кальция. Эти ионы кальция сдерживают потенциал-зависимый ионный канал TPC1, который является электрическим переключающим центром вакуоли.

Блокировка канала связыванием кальция

Исследования показали, что растения с гиперактивным мутантным каналом TPC1 сильно подвержены стрессу и хуже растут. Регуляция активности канала жизненно важна. У резуховидки Таля (Arabidopsis thaliana) вакуолярные ионы кальция связываются с каналом, затрудняя его открытие.

В новой работе исследователи задались вопросом, существуют ли видоспецифичные вариации в гене TPC1 и как они влияют на работу канала и электрическую возбудимость вакуоли.

У широких бобов обнаружен гиперактивный вариант канала

"Благодаря глобальным программам секвенирования мы получили представление о геномах многих диких и культурных растений", — говорит профессор Ирене Мартен. Впервые были идентифицированы видоспецифичные отклонения в кальций-связывающем сайте канала TPC1.

Наибольший интерес вызвали представители семейства бобовых, в частности широкие бобы. В patch-clamp исследованиях доктор Цзиньпин Лу доказал, что канал TPC1 у широких бобов гораздо активнее и чаще открыт, чем у резуховидки. Эта гиперактивность вызывает электрическую гипервозбудимость вакуолей.

Экспериментально пересадив участки поры канала широких бобов в канал Arabidopsis, исследователи создали химерный канал, который оказался таким же гиперактивным. Это позволило связать гиперактивность канала широких бобов с его нечувствительностью к ингибирующим ионам кальция.

Структурные биологи нашли причину гиперактивности

Создав 3D-модель канала широких бобов и сравнив её со структурой канала Arabidopsis, учёные выяснили, что у бобов аминокислотные остатки во входной области поры канала отогнуты от пути транспорта ионов. В результате ионы кальция не могут связываться и подавлять открытие канала. Это не влияет на селективность канала по катионам.

Несмотря на то, что канал TPC1 у широких бобов открыт дольше, сами растения не испытывают стресса и растут нормально.

"Какие механизмы использует широкий боб, чтобы снизить активность канала TPC1 до приемлемого уровня и избежать повреждений? Или, возможно, широкий боб даже извлекает пользу из более легко активируемого, нечувствительного к кальцию канала TPC1 и поэтому лучше адаптируется к определённым условиям окружающей среды?" — эти вопросы определяют следующие шаги исследования команды.