naturii

Video: Shilo Shiv Suleman: Utilizarea tehnologiei pentru a permite visarea (februarie 2021)

obiecte

Descoperirea unei proteine ​​care este destinată a fi degradată de hormonii vrăjitoare numiți strigolactoni dezvăluie mecanismul prin care arhitectura lăstarilor din plantele de orez este controlată. Vezi articole p. 401 și p. 406

Vechiul șarpe mitic Striga a reușit să atragă forța vieții de la tinerele sale victime. Astăzi, își dă numele vrăjitoarelor din genul Striga și compușilor strigolactonici pe care aceste plante le declanșează pentru a-și parazita plantele gazdă nebănuite. Cu toate acestea, acești compuși joacă de obicei un rol mai pozitiv în biologia plantelor - decât hormonii care reglează dezvoltarea rădăcinilor și a lăstarilor pentru a coordona absorbția nutrienților minerali din sol cu ​​carbonul din atmosferă. Receptorul strigolactonei este o proteină curioasă, deoarece simte și distruge simultan hormonul. În două publicații 1, 2 publicate pe site-ul web Nature Today, ținta acestui receptor din orez este o nouă proteină DWARF53, a cărei distrugere dependentă de strigolactonă blochează creșterea lăstarilor secundari.

Strigolactonele au apărut pentru prima dată în exudatele radiculare datorită capacității lor de a stimula germinarea semințelor plantei rădăcinoase-parazite Striga hermonthica 3. Compușii s-au dovedit mai târziu că promovează formarea de simbioze reciproc avantajoase între rădăcinile plantelor și ciuperci 4. Recent, s-a constatat că strigolactonele sunt implicate în controlul dezvoltării plantelor 5, 6. Ca răspuns la restricția nutrițională, strigolactonele sunt produse în rădăcinile 7, unde promovează creșterea rădăcinilor laterale și a firelor de păr și sunt transportate către lăstari, unde suprimă creșterea mugurilor laterali sau a lăstarilor secundari 8 Aceste rezultate cresc absorbția nutrienților minerali de către rădăcini și, în același timp, reduc cererea de surse de germeni.

Plantele mutante care sunt deficitare sau insensibile la strigolactonă au lăstari secundari multipli și adesea o tulpină primară scurtă. În orez, aceste plante sunt de obicei descrise ca mutanți pitici. Analiza genetică a acestor plante a condus la identificarea enzimelor implicate în biosinteza strigolactonei 9 și a receptorului de orez strigolactonă DWARF14 (D14) 10. Receptorul este o enzimă hidrolază a/β-fold care folosește o triadă catalitică de aminoacizi pentru a percepe și hidroliza simultan strigolactone în asociere cu proteina F-box 11 cunoscută în orez ca DWARF3 (D3) 3. Deoarece funcția proteinelor F-box este de a selecta alte proteine ​​pentru degradare, această interacțiune sugerează că D14 și D3 pot forma un complex care vizează alte proteine ​​pentru îndepărtare. Doar o astfel de proteină țintă a fost identificată acum.

Jiang și colab. 1 (pagina 401) și Zhou și colab. 2 (pagina 406) a studiat un mutant pitic de orez cunoscut sub numele de d53, care a fost descris acum 36 de ani 12. Ambele grupuri de autori arată că aceste plante nu sunt sensibile la strigolactonă și că au reușit în sarcina dificilă de identificare a genei mutante. Acestea arată că proteina D53 are similaritate de secvență cu enzimele Clp ATPase și proteinele de șoc termic 101, sugerând că are un rol în interacțiunile proteină-proteină. Ei dezvăluie, de asemenea, că mutația d53 implică o ștergere a cinci aminoacizi și o substituire reciprocă în proteina D53, care ar putea provoca o tulburare a proteinelor.

Ambele documente oferă dovezi ale interacțiunilor dintre D53 și D14 și între D14 și D3 dependente de strigolactonă și arată că triada catalitică a D14 este esențială pentru această funcție a strigolactonei. Interacțiunea dintre aceste trei proteine ​​are ca rezultat ca D53 să fie marcată cu ubiquitină - o proteină reglatoare care etichetează proteinele pentru distrugere - și să fie distrusă (Fig. 1). În absența D14 sau a strigolactonei, D53 și D3 pot interacționa, dar acest lucru nu duce la distrugerea D53. În plus, proteina D53 mutantă nu este ubiquitinată sau degradată chiar și în prezența D14 și a strigolactonei, ceea ce explică probabil de ce plantele d53 produc lăstari secundari multipli (cultivatori).

A, Hormonii strigolactonici pot inhiba creșterea lăstarilor secundari atunci când există o lipsă de nutrienți. Jiang și colab. 1 și Zhou și colab. 2 au constatat că în orez acest lucru se realizează prin distrugerea proteinei D53, care altfel favorizează creșterea lăstarului secundar. b, Autorii arată că legarea și hidroliza strigolactonei de către receptorul său D14 duce la recrutarea D53 la complexul D14 și la o altă proteină, D3. Aceste interacțiuni proteice au ca rezultat ubiquitinarea (denumită Ub) și distrugerea ulterioară a D53.

Imagine la dimensiune completă

Ambele grupuri indică în continuare că D53 este localizat în nucleu și că conține secvențele presupuse EAR; se crede că interacționează cu proteinele familiei TOPLESS, care sunt implicate în reprimarea transcripției genelor în mai multe căi de semnalizare a hormonilor vegetali. Jiang și colab. arată că D53 interacționează cu două proteine ​​de orez TOPLESS, ceea ce crește probabilitatea ca D53, în acord cu proteinele TOPLESS, să regleze expresia genelor care determină arhitectura lăstarilor. Mutantul d53 prezintă, de asemenea, reglarea descendentă a genei FC1, a ortologului TB1 din porumb (porumb) și a genei BRC1 din porumb (Arabidopsis), despre care se știe că suprima creșterea secundară a lăstarilor. Astfel, se pare că D53 acționează în nucleu pentru a regla expresia genelor implicate în creșterea lăstarilor secundari.

Strigolactonele controlează numeroase aspecte ale dezvoltării plantelor, deci D53 poate juca un rol mai larg? D53 aparține unei mici familii de gene ale cărei alți membri ar putea regla diferite aspecte ale dezvoltării. Sprijinul pentru această idee vine dintr-un studiu recent asupra Arabidopsis 13. MAX2 este un ortolog al Arabidopsis D3 și este necesar nu numai pentru a controla dezvoltarea lăstarilor în asociere cu Arabidopsis D14, ci și pentru creșterea răsadurilor, împreună cu proteina KAI2 asemănătoare D14. A fost identificată gena (SMAX1) 13, care codifică o proteină care funcționează în asociere cu MAX2 și este necesară pentru creșterea răsadurilor, dar nu pentru creșterea lăstarilor secundari; SMAX1 este un omolog al D53, sugerând că aceste gene oferă exemple de specializare funcțională într-o familie de gene.

Deși Jiang și colab. sugerează că D53 acționează ca un represor al strigolactonei, este conceptual mai ușor să introduci strigolactone ca represori D53. În special, restricția nutrienților în rădăcini nu limitează în mod normal creșterea lăstarilor, ci în schimb rădăcina trimite un semnal de strigolactonă care inhibă creșterea lăstarilor prin distrugerea proteinei D53. Aceste descoperiri au relevat asemănări izbitoare între strigolactone și receptorii lor și mecanismele de percepție și semnalizare a mai multor alte clase de hormoni vegetali, inclusiv auxine, jazmonați și gibereline. De exemplu, receptorul gibberelinei orezului GID1 este, de asemenea, un membru al familiei alfa/β-hidrolază și, prin legarea la proteina SLR1, îl acceptă în complex cu proteina cutiei F (SLY1) pentru ubiquitinare și distrugere. O altă cotitură a poveștii este un raport recent 14, potrivit căruia orezul D14 prezintă o interacțiune cu SLR1 dependent de strigolactonă, sugerând un mecanism de coordonare a semnalizării strigolactonei și giberelinei în timpul controlului dezvoltării lăstarilor. Va fi o zonă interesantă pentru cercetări ulterioare.

Descoperirea că strigolactonele joacă un rol central în reglarea alocării resurselor și a creșterii plantelor are implicații de anvergură. Fermierii trebuie să își mărească randamentul, reducând în același timp dependența de resursele limitate, cum ar fi fosfatul și combustibilii fosili pentru îngrășămintele azotate. Am văzut deja dezvoltarea de soiuri de culturi cu randament ridicat, dependente de azot, cu un efect modificat de giberelină. Acum este clar că strigolactonele ar putea fi utilizate pentru a crea soiuri de culturi cu alocare îmbunătățită a resurselor în condiții restrictive din punct de vedere nutrițional.

Comentarii

Prin trimiterea unui comentariu, sunteți de acord să respectați Termenii și condițiile și Regulile comunității. Dacă găsiți ceva jignitor sau nu respectați termenii sau liniile directoare, marcați-l ca fiind nepotrivit.