Аналог TOPLESS-білків допоміг рослинам тютюну відчути запахи
Вчені з'ясували, як рослини «відчувають» запахи і починають захищатися від шкідників на прикладі тютюну і летючих речовин каріофіленів. Як пишуть дослідники в Journal of Biological Chemistry, каріофілени ініціюють в рослинах вироблення білка осмотина, що захищає рослини від різних інфекцій. Вони зв'язуються з аналогом так званих TOPLESS-білків, які уповільнюють синтез РНК в клітинах, і, мабуть, прискорюють вироблення осмотину.
У житті тварин запахи відіграють величезну роль. Летючі органічні речовини несуть інформацію про їжу, хижака або відповідному партнері, що знаходяться неподалік. Для рослин запахи теж важливі. Відомо, що гени рослин, що кодують білки, необхідні для захисту або відповіді на стрес, регулюються летючими органічними речовинами. Наприклад, рослини луновидной квасолі (Phaseolus lunatus), «включали» гени, що кодують захисні білки, якщо їх листя були заражені шкідниками — павутинними кліщами. Ці білки залучають до рослини хижих комах, які полюють на павутинних кліщів. Якщо ж лист пошкоджували штучно, рослини їх не виробляли. Крім того, деякі паразитичні рослини знаходять хазяйські організми "по запаху" , по випускаються тими летючим органічним речовинам. Однак як рослини вловлюють запахи і як летючі речовини запускають синтез потрібних білків, було невідомо.
Японські біологи під керівництвом Казушиге Тухара (Kazushige Touhara) з Токійського університету з'ясували це питання. В якості модельних вони використовували молоді рослини і клітинні культури тютюну (Nicotiana tabacum). Раніше дослідники з'ясували, що рослини тютюну виробляють речовини каріофілени, щоб захиститися від комах-шкідників.
Спочатку дослідники з'ясували, чи починається експресія генів в клітинних культурах тютюну у відповідь на різні летючі речовини. Автори додавали до клітин 11 летких речовин, які, імовірно, запускають захисну реакцію у пошкоджених рослин. В якості контролю вчені використовували фітогормони метилжасмотин і саліцилову кислоту. Виявилося, що два з них — оксид каріофіллена і α-каріофіллен-ініціювали експресію білка осмотіна. Деякі рослини виробляють осмотин для захисту від різних інфекцій. Контрольні фітогормони запускали синтез двох специфічних ферментів, вироблення яких вони регулюють в рослинах. Тестовані летючі речовини ніяк не діяли на експресію цих генів. Тобто летючі речовини дуже вибірково регулювали той чи інший ген. Дивлячись на ці результати, дослідники припустили, що у летючих речовин є білки-рецептори, які беруть участь в регуляції синтезу білків.
Потім японські біологи переконалися, що молоді рослини тютюну, також, як і клітинні культури, синтезують осмотин. Вчені або поміщали рослини в герметичні скляні судини і додавали в них α-і β-каріофіллени або оксид каріофіллена, або вони поміщали листя тютюну в розчини цих речовин.
Щоб визначити білок-рецептор, який зв'язується з каріофілленами і регулює експресію генів, дослідники «зв'язали» каріофіллени з крихітними намистинами. Потім ці намистини потримали в екстракті з листя тютюну. В результаті вченим вдалося "зловити" білок, схожий на зустрічаються в інших рослинах TOPLESS-білки (білки TPL). У комплексі з іншими білками, вони уповільнюють синтез РНК в клітинах.
Зрештою дослідники вирішили з'ясувати, як діє знайдений білок, який вони позначили, як TPL3. Він міг регулювати синтез захисного білка осмотину самостійно, або міг зв'язуватися з каріофілленами або оксидом каріофіллена. Дослідники створили трансгенні клітинні культури тютюну, в яких вироблялося дуже велика кількість білка TPL3. Щоб відстежувати його синтез, учені додали в ДНК-конструкцію зелений флуоресцентний білок, який світиться при опроміненні синім або фіолетовим світлом. Спочатку автори з'ясували, що TPL3 накопичується в ядрах клітин. Це говорило про те, що білок задіяний в синтезі РНК, який відбувається в ядрі клітини.
Потім дослідники додали в трансгенні культури розчин оксиду кариофиллена і перевірили, як в клітинах синтезується осмотин. В якості контролю вчені використовували звичайні клітинні культури тютюну. Виявилося, що в деяких трансгенних культурах кількість осмотина була нижчою, ніж у звичайних клітинах. За припущенням авторів, цей результат свідчить про те, що білок TPL3 зв'язувався з оксидом кариофиллена і вони разом регулювали синтез осмотина. Можливо, в звичайних клітинах каріофіллен зв'язується з білком TPL3 і не дозволяє йому сповільнювати синтез осмотіна.
Раніше біологи з'ясували, що рослини здатні оцінювати, як ростуть сусідні рослини, і в залежності від цього вибирати власну стратегію зростання, щоб обігнати конкурентів.
Також читайте: