Прионоподобный белок действует как датчик воды в семенах
Прорастание семени является решающим этапом в жизни растения. И все же одна часть этого процесса долгое время была окутана тайной: как семена узнают, что воды достаточно, чтобы прорасти?
Недавно ученые сообщили об открытии нового прионоподобного белка в семенах, который может запустить данный процесс. Белки, называемые FLOE1, обычно рассеиваются по всему семени, но при воздействии воды они быстро конденсируются, образуя сгустки, которые, по сути, действуют как датчики воды. Такие характеристики белков напоминают прионы, которые известны своей способностью сворачиваться во множество конформаций. Эти структуры являются результатом процесса, называемого фазовым разделением, который имеет решающее значение для многих клеточных процессов в растениях и животных.
Исследователи ранее сосредотачивались на задействованных метаболических путях, роли различных растительных гормонов и других переменных. Но мало кто исследовал физические свойства белков внутри семян — отчасти потому, что семя, как известно, трудно изучать в сухом состоянии. С другой стороны, большинство ферментативных методов, микроскопия или химические реакции, как правило, требуют буферов или реагентов на водной основе, поэтому изучение белка в отсутствие воды было затруднено. В качестве альтернативы были использованы глицерин в качестве среды для изучения эмбрионов в семенах.
С помощью новых подходов и методов, а также усовершенствованного аналитического оборудования, ученые обнаружили удивительно большое количество последовательностей РНК для внутренне неупорядоченных белков в транскриптоме модельного вида растений Arabidopsis Thaliana. Из 449 таких идентифицированных белков 14 имели области, которые позволяли им собираться в комки, подобно каплям масла, конденсирующимся на поверхности воды. Все, кроме одного, были связаны с метаболизмом нуклеиновых кислот.
Ученые обнаружили, что в глицерине белок FLOE1 был рассеян по всей семенной ткани. Но в воде белок мгновенно слипался, образуя капельки. Это был первый намек на то, что переход от диффузии к конденсации, когда присутствует вода, может быть способом для семян «почувствовать» воду.
Функция FLOE1 зависит от специфических участков белка, которые позволяют ему переключаться между диффузной и конденсированной формами. Регулирование этого белка потенциально может иметь применение в сельском хозяйстве. Понимание того, как растения выигрывают от использования внутренне неупорядоченных белков, может пролить свет на роль этих молекул в других областях, в том числе в болезнях человека.
