Биологи из Института Солка (США, Калифорния) определили молекулярную функцию гена GUN1, ответственного за «сигналы тревоги» у растений. Оказалось, что он играет важную роль в образовании белков в поврежденных хлоропластах. Ученые могут повлиять на работу гена GUN1 и тем самым повысить устойчивость и урожайность растений, сообщается на сайте Института. Результаты исследования появились в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Как известно, такие клеточные структуры растений, как хлоропласты, преобразуют энергию солнечного света в химическую энергию (фотосинтез). Обычно ядро ​​клетки передает информацию хлоропластам для поддержания стабильного производства энергии. Однако в стрессовой среде, наоборот, зеленые пластиды посылают сигнал тревоги обратно в ядро ​​клетки, используя ретроградную передачу сигналов (создавая петлю обратной связи между хлоропластом и ядром). Этот сигнал SOS вызывает ответ, который помогает регулировать экспрессию генов в хлоропластах и ​​ядре, чтобы оптимизировать производство энергии.

Ранее лаборатория Джоаны Чори (Joanne Chory) – руководителя нынешнего исследования – в Институте Солка определила группу генов, включая GUN1, которые влияют на экспрессию других генов в клетке, когда растение испытывает стресс. GUN1 накапливается в стрессовых условиях, но точную молекулярную функцию этого гена до сих пор было трудно расшифровать.

«Растения часто испытывают стрессовые ситуации из-за изменений окружающей среды, поэтому должен существовать канал связи между хлоропластом и ядром, который помогает растению понять, когда нужно сохранять энергию при травме», – говорит Сяобо Чжао (Xiaobo Zhao), один из авторов статьи. – GUN1 играет в этом большую роль».

Чтобы понять, как GUN1 регулирует взаимодействие хлоропластов с ядрами, ученые наблюдали растения с функциональным и нефункциональным GUN1 при фармакологических обработках, которые могли повредить хлоропласты. У растений без GUN1 изменилась экспрессия генов, как и редактирование РНК в хлоропластах. В результаты ученые выяснили, что GUN1 взаимодействует с белком MORF2 (существенным компонентом комплекса редактирования РНК растений), чтобы повлиять на эффективность редактирования РНК во время «общения» между хлоропластом и ядром в поврежденных хлоропластах.

Во время эксперимента биологи заметили, что большая активность MORF2 приводит к изменениям редактирования, а также к дефектам в хлоропластах и в развитии листьев даже при нормальных условиях роста. В периоды стресса и травм перепроизводство MORF2 также приводило к нарушению связи между хлоропластом и ядром.

В дальнейшем исследователи планируют изучить механизм того, как изменения редактирования РНК в хлоропластах активируют сигналы, которые могут передаваться ядру, и как эти модификации изменяют способность растения реагировать на стресс.