Растения могут воспринимать свет и реагировать на него в широком спектре. Новое исследование лаборатории профессора Ницана Шабека на факультете биологии растений Колледжа биологических наук показывает, как растения могут реагировать, в частности, на синий свет.
«Растения видят намного лучше, чем мы», — сказал Шабек.
У растений нет специальных светочувствительных органов, таких как наши глаза. У них действительно есть множество специализированных рецепторов, которые могут воспринимать почти каждую длину волны. Одним из них являются фоторецепторы синего света, называемые криптохромами. Когда криптохром обнаруживает входящий фотон, он реагирует таким образом, что вызывает уникальный физиологический ответ.
Криптохромы, вероятно, появились миллиарды лет назад с первыми живыми бактериями, и они очень похожи между бактериями, растениями и животными. В наших глазах криптохромы, которые участвуют в поддержании наших циркадных часов. У растений криптохромы управляют множеством критических процессов, включая прорастание семян, время цветения и увлечение циркадных часов. Однако фотохимия, регуляция и структурные изменения, вызванные светом, остаются неясными.
В новом исследовании, опубликованном 4 января в журнале Nature Communications Biology, лаборатория Шабека определила кристаллическую структуру части рецептора синего света, криптохрома-2, в модельном растении Arabidopsis thaliana. Они обнаружили, что светочувствительная часть молекулы изменяет свою структуру, когда реагирует с легкими частицами, переходя от единой единицы к структуре, состоящей из четырех единиц, связанных вместе, или тетрамера.
Перестройка приводит к активации гена
«Этот процесс перестройки, называемый фотоиндуцированной олигомеризацией, также очень интересен, потому что некоторые элементы в белке претерпевают изменения под воздействием синего света. Наша молекулярная структура предполагает, что эти индуцированные светом изменения высвобождают регуляторы транскрипции, которые контролируют экспрессию определенных генов в растениях», — сказал Шабек.
Исследователи смогли определить структуру криптохрома-2 с помощью рентгеновской установки Advanced Light Source в Национальной лаборатории Лоуренса Беркли.
Лаборатория Шабек широко изучает, как растения воспринимают окружающую среду от молекулярного до организменного уровней.
«Эта работа является частью наших долгосрочных целей по изучению механизмов восприятия растений. Мы заинтересованы в восприятии гормонов, а также в путях световой сигнализации», — сказал Шабек.
Команда впервые решила кристаллическую структуру рецептора синего света два года назад, используя рентгеновскую кристаллографию и биохимические подходы. Благодаря недавним достижениям в науках о растениях и структурной биологии они смогли обновить модель и выявить недостающий фрагмент головоломки.
