Нове відкриття може підвищити врожайність і боротися з глобальним голодом. Висновки можуть надихнути на зусилля, спрямовані на підвищення врожайності та боротьбу з глобальним голодом.
Нова робота під керівництвом Кангмей Чжао з Карнегі та Сью Лі розкриває новий механізм, за допомогою якого рослини здатні швидко активувати захист від бактеріальних інфекцій. Це розуміння могло б надихнути на зусилля щодо підвищення врожайності та боротьби з глобальним голодом.
«Розуміння того, як рослини реагують на стресове середовище, має вирішальне значення для розробки стратегій захисту важливих продовольчих і біопаливних культур від зміни клімату», — пояснив Рі.
Published in eLife, нова робота Чжао та Рі разом із Бенджаміном Джином з Карнегі та Дезе Конгом і Крістіною Смолке зі Стенфордського університету досліджували, як виробництво захисної сполуки рослин під назвою камалексин активується на генетичному рівні.
«Оскільки рослини ростуть у фіксованому місці, вони не можуть втекти від хижаків або патогенів», — пояснив Чжао. «Натомість вони еволюціонували, щоб виробляти сполуки, які допомагають їм боротися з загарбниками, серед інших функцій».
Камалексин, як і інші рослинні метаболіти, синтезується спеціалізованими робочими білками, званими ферментами, які виконують багато функціональних функцій клітини. Коли рослина перебуває під впливом екологічного стресу, воно активує гени, що кодують ці ферменти. Дослідники вирішили з’ясувати, як рослинна клітина може швидко запустити виробничу лінію та вчасно реагувати на зовнішні умови чи загрози.
Генетичний матеріал клітини кодує рецепти створення цих ферментів, що виробляють камалексин, і всіх білків, які можуть знадобитися клітині для виконання необхідних функцій за різноманітних умов на кожному етапі її життя. Це дуже багато інформації. Ось чому організація генетичного коду в клітині є такою важливою.
«Уявіть, що геном клітини — це величезна бібліотека, а кожен ген — це книга, а кожна хромосома — це надзвичайно велика полиця», — сказав Рі. «Клітина має різні механізми для швидкого пошуку гена, який їй потрібен у цьому величезному масиві інформації, щоб його можна було транскрибувати та транслювати, щоб створити закодований білок і реагувати на умови навколишнього середовища, включаючи загрози та стрес».
Ці стратегії включають додавання або видалення міток або позначок в упаковці всіх генів і пов’язаного з ними матеріалу, який разом називається хроматином, який може посилювати або пригнічувати експресію певних генів. Іноді обидва елементи, що активують, і елементи, що пригнічують, присутні одночасно, це явище називається двовалентним хроматином.
Чжао, Рі та їхні колеги змогли з’ясувати існування ніколи раніше не охарактеризованого типу двовалентного хроматину — вони назвали його кайростатом, від грецького «kairos», що означає в потрібний момент, і «stat», що означає пристрій, який утримує шлях біосинтезу камалексину неактивним, доки не буде сигналу патогена. Їх висновки вказують на те, що обидва елементи необхідні для контролю правильного часу реакції рослини на зовнішній стрес.
«Камалексин та інші захисні сполуки часто є дуже дорогими та токсичними для рослин. Отже, рослинам невигідно виробляти їх постійно», — сказав Чжао. «Вчені-рослини вже давно знають, що ці захисні сполуки виробляються саме в той час, коли рослину атакують шкідники та патогени. Тепер у нас є нова ручка для молекулярного механізму, який уможливлює цей точний час виробництва камалексину. Це відкриття могло б стати основою для стратегій боротьби зі зміною клімату та глобальним голодом або навіть для синтезу ліків рослинного походження».
Заглядаючи вперед, група хоче охарактеризувати всі білки, що беруть участь у встановленні та видаленні епігенетичних позначок, щоб ідентифікувати більше кайростатів і краще зрозуміти їх роль у реакціях на навколишнє середовище та інших функціях рослин.
Посилання: «Новий двовалентний хроматин пов’язаний із швидкою індукцією генів біосинтезу камалексину у відповідь на сигнал патогена в Арабідопсис” Кангмей Чжао, Дезе Конг, Бенджамін Джин, Крістіна Д Смолке та Сун Йон Лі, 15 вересня 2021 р., eLife.
DOI: 10.7554/eLife.69508
Ця робота була частково підтримана Науковим фондом Карнегі та грантами Національного наукового фонду (IOS-1546838, IOS-1026003), Міністерством енергетики США, Управлінням науки, Управлінням біологічних і екологічних досліджень, грантом Програми геномної науки номери DE-SC0018277, DE-SC0008769 і DE-SC0020366, а також Національні інститути охорони здоров’я (1U01GM110699-01A1).
Стаття опублікована спочатку ТУТ
