Ученые из Японии и Великобритании обнаружили новые детали того, как у молодых листьев появляются первые хлоропласты – энергетические фабрики растительных клеток. В этом процессе играет роль белок, который был впервые обнаружен 25 лет назад, но до сих пор не был достаточно изучен, передает пресс-служба Токийского университета. Результаты исследования опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Когда новое растение прорастает из семени и начинает выращивать свои первые листья, он находится в «гонке на выживание», чтобы «построить» хлоропласты – зеленые пластиды. Без хлоропластов, превращающих солнечный свет в энергию, этот животворящий свет сжигает растение изнутри, производя вредные химические вещества – активные формы кислорода. Создание хлоропластов требует передачи сигналов связи между развивающимся хлоропластом и ядром.
Известно, что белок GUN1 играет важную роль в этой связи между хлоропластом и ядром, но долгое время он оставался загадкой и конкретная его функция не была ясна. Ранее GUN1 было трудно изучать, потому что, хотя растительные клетки получают его в огромных количествах на протяжении всей своей жизни, белок быстро разлагается под воздействием солнечного света.
Ученые из Токийского университета, Университета Киото (Япония) и Университета Саутгемптона (Великобритания) показали, что GUN1 влияет на производство другой молекулы связи. В первые дни развития листьев, когда растение получает очень мало солнечного света, GUN1 связывается с железосодержащей молекулой – растительным гемом, ключевым компонентом искусственного (растительного) мяса.
Растительный гем является частью класса химических соединений, называемых тетрапирролами – большими молекулами, построенными из четырех пятиугольных колец, которые связывают в своем центре атомы металлов, таких как железо (в составе гема) или магний (в хлорофилле). Тетрапирролы – это древний класс молекул, необходимых для жизни большинства организмов. Хотя исследователи понимают, как строятся тетрапирролы, мало что известно о том, как они перемещаются по клетке и что они делают во время своих «путешествий».
В серии экспериментов с использованием GUN1, выделенным из листьев молодых растений, исследователи обнаружили, что белок напрямую связывается с гемом и другими тетрапирролами, контролируя тем самым выработку гема клетками.
«Наша идея заключается в том, что GUN1 связывается с гемом, чтобы блокировать его перемещение из хлоропласта в ядро, что может помочь обеспечить эффективное развитие хлоропластов», – сказал Тацуру Масуда (Tatsuru Masuda) из Токийского университета, один из авторов исследования.
Поскольку GUN1 деградирует в присутствии солнечного света, он выделяет только гем, чтобы послать сигнал ядру, в то время как хлоропласты используют свет для фотосинтеза. Теперь, понимая, как растения «строят» хлоропласты, ученые в будущем смогут управлять процессом фотосинтеза в неблагоприятных условиях – например, при очень хорошем и при очень плохом освещении. Следующий шаг для ученых – точно определить, где именно белок GUN1 связывается с гемом или другими тетрапирролами, и продолжить отслеживать перемещение гема вокруг клетки.
Иллюстрация к статье:
Обсуждение