The Plant Cell, 1 апреля
Реакция на свет
Растения - те организмы, что избрали свет единственным источником своей энергии. Они не могут выжить без него (за исключением небольшого количества растений-паразитов на других растениях, но и тем в конечном итоге нужен свет, поглощенный хозяином).
Однако свет бывает разным, в разных количествах и с разной периодичностью. Суша и водоемы представляют собой нечто вроде мозаики из зон, каждая из которых располагает своим набором условий, в том числе световых, и растения, пытаясь заселить новые территории, должны перестраивать себя.
Самое распространенное деление растений по отношению к свету - на светолюбивые, теневыносливые и тенелюбивые. Названия эти говорят сами за себя. Однако существуют еще и подводные растения, для которых свет определяется глубиной и составом воды.
На что же влияет свет, кроме фотосинтеза? По сути, на всё одновременно. Чтобы осознать это, необходимо понять сущность самого света.
Свет - это определенный диапазон электромагнитных волн, который может глаз человека воспринять. Солнечный спектр (безусловно, 99% света днем - это свет Солнца) также содержит и другие волны, такие как инфракрасные и ультрафиолетовые лучи. И пусть некоторая часть высокоэнергетических излучений задерживается озоновым слоем, другая часть достигает растений, растущих на поверхности планеты.
Ультрафиолет повреждает ДНК, вызывая мутации, потому все живые существа защищаются от него. Видимый свет, а именно все его части, кроме зеленого (потому что хлорофилл растений отражает лишь зеленые волны) может "расшатать" сложную фотосинтетическую машинерию растений и повредить её. Наконец, со светом приходит тепло, от которого растение может перегреться.
Этого и боятся все растения, да и не только они, а и все остальные, кто полагается на фотосинтез как на доминирующую часть своего энергопитания.
Это и рождает поведение растений по отношению к свету: чтобы выжить, они должны постоянно балансировать на грани между живительным источником энергии и уничтожающим лучом из космоса, чем, по сути, является одно и то же, но в разном понимании.
Молодые растения
У тех, кто только что проклюнулся из семени и лишь начинает свою жизнь (речь идет о цветковых, представитель которых изучался в исследовании), выбора нет: запасы питательных веществ, оставленные растением-родителем, не бесконечны и рано или поздно придется перейти на самостоятельное питание. Чтобы это сделать, надо иметь верно ориентированные побег и корень.
Разумеется, растение не может осознать, каким образом оно повернуто в пространстве, да и нет у него методов, чтобы перевернуться. Вместо этого есть механизмы геотропизма и фототропизма: рост надземной части "автоматически" осуществляется в сторону света и одновременно прочь от центра гравитации, подземной - наоборот. Так растения и принимают нормальную форму, как бы их ни забросило в почву изначально.
Естественно, за все это отвечают конкретные ферменты и биохимические механизмы.
Исследование
PKS (Phytochrome Kinase Substrates, буквально "субстраты фитохромной киназы") - белки, ассоциированные с плазматической мембраной растительной клетки. Они взаимодействуют с фитохромами и фототропинами, веществами, необходимыми для регуляции роста в сторону света. Однако до недавнего времени оставалось загадкой, каким образом этим белкам удается закрепляться возле мембраны и чем именно они занимаются в клетке в масштабе молекул.
Прежде всего был проведен анализ разнообразия PKS (среди разных растений они варьируются). Выяснилось наличие 4 вариаций, причем семенные растения делились на 2 группы: первая несла только PKS4, вторая - PKS1, 2 и 3. Затем нужный PKS в исследуемом растении (Arabidopsis) был помечен, что позволило выследить его точное положение в клетках.
Как и предполагалось, он концентрировался у мембран и будто бы "заякоривался" в них. Внутри структуры существует 6 мотивов-сегментов, и один из них, мотив C, отвечает за прикрепление. По крайней мере, в его отсутствии PKS не крепился, а сам C, даже без других мотивов PKS, легко "приклеивался" к мембранам. Оказалось, что форма мотива C содержит аминокислоту цистеин в положении, которое располагает к заякориванию. И это именно цистеин - его замена серином значительно ослабила прикрепление.
И тогда ответ пришел сам собой: ведь одно из свойств цистеина - это способность присоединять к белку жирную кислоту в ходе модификации белка, которая известна как S-ацилирование. Эта кислота, в свою очередь, и встраивает всю систему в мембрану, позволяя белку "заякориться".
Однако это всего лишь предположение, которое надо подтвердить или опровергнуть. Было создано растение-мутант с нарушением функции PKS4. В сравнении со здоровым, оно не могло адекватно реагировать на свет.
Итоги
Стало понятно, как PKS закрепляется в мембране - ученые не обнаружили чего-то необычного, но и на одну тайну молекулярной биологии стало меньше.
