вторични издънки

Видео: Шило Шив Сулеман: Използване на технологии за активиране на сънуването (февруари 2021)

елементи

Откриването на протеин, който е предназначен да бъде разграден от вещици хормони, наречени стриголактони, разкрива механизма, чрез който се контролира архитектурата на издънките в оризовите растения. Вижте статии стр. 401 и стр. 406

Митичната стара змия Стрига успя да извлече жизнена сила от младите си жертви. Днес името му го дава на вещиците от рода Striga и стриголактоновите съединения, които тези растения предизвикват, за да паразитират върху своите нищо неподозиращи растения гостоприемници. Тези съединения обаче обикновено играят по-положителна роля в растителната биология - от хормоните, които регулират развитието на корените и издънките, за да координират усвояването на минерални хранителни вещества от почвата с въглерод от атмосферата. Стриголактоновият рецептор е любопитен протеин, защото едновременно усеща и унищожава хормона. В две публикации 1, 2, публикувани на уебсайта Nature Today, целта на този рецептор в ориза е новият протеин DWARF53, чието унищожаване от стриголактон блокира растежа на вторичните издънки.

Стриголактоните се появяват за първи път в кореновите ексудати поради способността им да стимулират покълването на семената на коренно-паразитното растение Striga hermonthica 3. По-късно беше показано, че съединенията спомагат за образуването на взаимноизгодни симбиози между растителни корени и гъби 4. Наскоро бе установено, че стриголактоните участват в контрола на развитието на растенията 5, 6. В отговор на хранителните ограничения стриголактоните се произвеждат в корени 7, където подпомагат растежа на страничните корени и кореновите косми и се транспортират до издънките, където потискат растежа на страничните пъпки или вторичните издънки 8. Тези резултати увеличават усвояването на минерални хранителни вещества от корените и същевременно намаляват търсенето на източници на кълнове.

Мутантните растения, които са дефицитни или нечувствителни към стриголактон, имат множество вторични издънки и често къс първичен щам. В ориза тези растения обикновено се описват като джудже мутанти. Генетичният анализ на тези растения доведе до идентифициране на ензимите, участващи в биосинтеза на стриголактон 9 и оризовия рецептор за стриголактон DWARF14 (D14) 10. Рецепторът е α/β-кратен хидролазен ензим, който използва каталитична триада аминокиселини, за да възприема и хидролизира едновременно стриголактони заедно с протеина F-box 11, известен в ориза като DWARF3 (D3) 3. Тъй като функцията на F-box протеините е да избира други протеини за разграждане, това взаимодействие предполага, че D14 и D3 могат да образуват комплекс, който е насочен към други протеини за отстраняване. Сега е идентифициран само такъв целеви протеин.

Jiang et al. 1 (стр. 401) и Zhou et al. 2 (страница 406) изследва мутант на оризово джудже, известен като d53, който е описан преди 36 години 12. И двете групи автори показват, че тези растения не са чувствителни към стриголактон и че са успели в трудната задача да идентифицират мутиралия ген. Те показват, че протеинът D53 има сходство в последователността с ензимите Clp ATPase и протеините на топлинен шок 101, което предполага, че той има роля в взаимодействията протеин-протеин. Те също така разкриват, че мутацията d53 включва делеция на пет аминокиселини и заместване една на друга в протеина D53, което потенциално може да причини протеиново разстройство.

И двата документа предоставят доказателства за взаимодействията между D53 и D14 и между D14 и D3 в зависимост от стриголактона и показват, че каталитичната триада на D14 е от съществено значение за тази функция на стриголактона. Взаимодействието между тези три протеина води до това, че D53 е белязан с убиквитин - регулаторен протеин, който маркира протеините за унищожаване - и унищожен (Фиг. 1). При липса на D14 или стриголактон, D53 и D3 все още могат да си взаимодействат, но това не води до унищожаване на D53. В допълнение, мутантният протеин D53 не е убиквитиниран или разграден дори в присъствието на D14 и стриголактон, което вероятно обяснява защо d53 растенията произвеждат множество вторични издънки (култиватори).

а, Стриголактоновите хормони могат да инхибират растежа на вторичните издънки, когато липсват хранителни вещества. Jiang et al. 1 и Zhou et al. 2 установи, че в ориза това се постига чрез унищожаване на протеина D53, който иначе насърчава растежа на вторичния издънка. б, Авторите показват, че свързването и хидролизата на стриголактон от неговия D14 рецептор води до набиране на D53 в комплекса D14 и друг протеин, D3. Тези протеинови взаимодействия водят до убиквитинация (обозначена с Ub) и последващо унищожаване на D53.

Изображение в пълен размер

И двете групи освен това показват, че D53 се намира в ядрото и че съдържа предполагаемите EAR последователности; смята се, че те взаимодействат с протеини от семейство TOPLESS, които участват в потискането на генната транскрипция в няколко пътни сигнални сигнала за растителен хормон. Jiang et al. показват, че D53 взаимодейства с два TOPLESS оризови протеина, което увеличава вероятността D53, в съгласие с TOPLESS протеини, да може да регулира експресията на гени, които определят архитектурата на издънките. Мутантът d53 показва също регулиране надолу на гена FC1, ортолога на царевицата (царевица) TB1 и гена BRC1 на царевицата (Arabidopsis), за които е известно, че потискат растежа на вторичния издънки. По този начин D53 изглежда действа в ядрото, за да регулира експресията на гени, участващи в растежа на вторичните издънки.

Стриголактоните контролират множество аспекти на развитието на растенията, така че може ли D53 да играе по-широка роля? D53 принадлежи към малко генно семейство, чиито други членове могат да регулират различни аспекти на развитието. Подкрепата за тази идея идва от скорошно проучване на Arabidopsis 13. MAX2 е ортолог на Arabidopsis D3 и е необходим не само за контрол на развитието на издънки във връзка с Arabidopsis D14, но също така и за растежа на разсад, заедно с D14-подобен KAI2 протеин. Идентифициран е ген (SMAX1) 13, който кодира протеин, който работи заедно с MAX2 и е необходим за растежа на разсад, но не и за растежа на вторични издънки; SMAX1 е хомолог на D53, което предполага, че тези гени предоставят примери за функционална специализация в рамките на генно семейство.

Въпреки че Jiang et al. предполагат, че D53 действа като репресор на стриголактон, концептуално е по-лесно да се въведат стриголактони като D53 репресори. По-специално, ограничаването на хранителните вещества в корените обикновено не ограничава растежа на издънките, но вместо това коренът изпраща сигнал от стриголактон, който инхибира растежа на издънките, като унищожава протеина D53. Тези открития разкриват поразителни прилики между стриголактоните и техните рецептори и механизмите на възприемане и сигнализиране на няколко други класа растителни хормони, включително ауксини, джазмонати и гиберелини. Например, GID1 оризовият гиберелинов рецептор също е член на семейството на алфа/β-кратната хидролаза и, като се свързва с протеина SLR1, го приема в комплекс с протеина F-box (SLY1) за убиквитинация и унищожаване. Друг обрат на историята е неотдавнашен доклад 14, според който оризът D14 показва взаимодействие със зависим от стриголактон SLR1, предлагащ механизъм за координиране на сигнализирането на стриголактон и гиберелин по време на контрола на развитието на издънките. Това ще бъде вълнуваща област за по-нататъшни изследвания.

Откритието, че стриголактоните играят централна роля в регулирането на разпределението на ресурсите и растежа на растенията, има далечни последици. Земеделските производители трябва да увеличат добивите си, като същевременно намалят зависимостта си от ограничените ресурси като фосфати и изкопаеми горива за азотни торове. Вече видяхме развитието на високодобивни сортове култури, зависими от азот, с променен ефект на гиберелин. Вече е ясно, че стриголактоните могат да се използват за създаване на сортове култури с подобрено разпределение на ресурсите при хранително ограничителни условия.

Коментари

Изпращайки коментар, вие се съгласявате да спазвате нашите Общи условия и насоки на общността. Ако откриете нещо обидно или несъвместимо с нашите условия или насоки, означете го като неподходящо.