Засоление почв ежегодно снижает урожайность сельхозкультур во всем мире, ставя под угрозу продовольственную безопасность. Исследователь из Университета короля Сауда в Саудовской Аравии выяснил, как на молекулярном уровне работает один из ключевых механизмов защиты растений от соли. Оказалось, что устойчивость контролирует химическая модификация всего одной аминокислоты в составе белка-регулятора.
Работа, опубликованная в Plant Cell Reports, сфокусирована на белке SR45, который участвует в обработке генетической информации. У растений этот белок существует в двух формах, или изоформах, – SR45.1 и SR45.2. Ранее было известно, что только первая из них помогает растениям выживать в засоленной почве, но причина этого различия оставалась неясной.
Новое исследование показало, что вся разница сводится к одному участку белка SR45.1, которого нет у его «двойника». В этом участке находится аминокислота треонин-218. Когда к ней присоединяется фосфатная группа – этот процесс называют фосфорилированием, – белок SR45.1 активируется и начинает правильно выполнять свои защитные функции. Если же с помощью генной инженерии заблокировать фосфорилирование этого участка, растение теряет устойчивость к соли.
Механизм действия этого молекулярного «переключателя» связан с организацией работы внутри клеточного ядра. При активации фосфатной группой белок SR45.1 формирует в ядре множество мелких рабочих центров, так называемых ядерных пятен, где он помогает правильно «считывать» гены, необходимые для борьбы со стрессом. Без этой модификации белок образует крупные, но нефункциональные скопления, что нарушает работу всей системы.
Сбой в работе белка SR45.1 немедленно сказывается на генах, отвечающих за солеустойчивость. В частности, нарушается обработка генетической информации таких генов, как SOS4 и RD20, и снижается активность целой группы генов стрессового ответа. В результате растение не может адекватно реагировать на неблагоприятные условия.
Открытие показывает, что устойчивость к стрессу может зависеть от мельчайших изменений в структуре регуляторных белков. Эти знания могут лечь в основу новых методов селекции и генной инженерии. Вместо того чтобы пытаться перенести в культурные растения сложные комплексы генов, агрономы смогут сфокусироваться на точечной настройке таких молекулярных «переключателей», чтобы повысить выживаемость урожая на засоленных землях.