Salicilna kiselina je vitalna za zaštitu biljaka od patogena, ali njena sinteza ostaje nejasna. Tim istraživača sa Univerziteta Šinšu otkrio je da je protein HSR201 ključan za njegovu proizvodnju. Otkrili su da se HSR201 lokalizuje na specifične organele zvane peroksizomi putem jedinstvenog ciljanog signala.
Ovo otkriće poboljšava naše razumevanje o tome kako biljke proizvode salicilnu kiselinu i moglo bi da otvori put razvoju inženjerskih useva sa poboljšanom otpornošću na bolesti. Rad je objavljen u časopisu Fiziologija biljaka i ćelija.
Biljni hormoni ili fitohormoni su vitalni za rast, adaptaciju i odbranu biljaka. Jedan ključni hormon, salicilna kiselina, je ključan za imunitet biljaka i proizvodi se kroz dva glavna puta: put izohorizmat sintaze (ICS) i put fenilalanin amonijak liaze (PAL).
Mnogi biljni hormoni se proizvode kroz proces koji se zove β-oksidacija u peroksizomima, uključujući put koji stvara salicilnu kiselinu. Dok PAL put takođe uključuje β-oksidaciju, njegov tačan mehanizam ostaje nejasan.
Istraživači su nedavno identifikovali protein benzil alkohol O-benzoiltransferazu HSR201, koji doprinosi proizvodnji salicilne kiseline u duvanu i može igrati ključnu ulogu u PAL putu. Da bi ovo dalje istražio, tim koji predvodi dr Šinpei Katou, vanredni profesor na Visokoj školi nauke i tehnologije Univerziteta Šinšu, zajedno sa docentima dr Jukako Tokutake i dr Akirom Hosomi, i profesorima Kacuharu Saitom i Šiniči Jonekurom, svi sa Univerziteta Šinšu, proučavali su kako se HSR201 lokalizuje u biljnim ćelijama.
Otkrili su da se HSR201 nalazi u peroksizomima, malim ćelijama odgovornim za metaboličke procese i da je njegova lokalizacija posredovana jedinstvenim signalom ciljanja koji je neophodan za proizvodnju salicilne kiseline.
Tim je pratio lokaciju HSR201 u biljnim ćelijama označavajući ga žutim fluorescentnim markerom zvanim mVenus i upoređujući ga sa crvenim fluorescentnim markerom za peroksizome (mCherri-PTS1). „Prvi put smo otkrili da se HSR201 pretežno lokalizuje u peroksizomu, nalaz koji je bio prilično neočekivan“, kaže dr Katu.
Tim je snimio upečatljive fluorescentne slike koje prikazuju HSR201, označen sa mVenus, koji svetli žutom bojom dok se akumulirao posebno u peroksizomima, istaknut crvenom – što je izazvalo istragu o mehanizmu iza ove precizne lokalizacije.
Da bi razumeli kako se HSR201 lokalizuje u peroksizomima, istraživači su kreirali niz mutanata HSR201 sa malim promenama u njihovoj sekvenci aminokiselina. Otkrili su da samo specifične sekvence prisutne u proteinskoj strukturi HSR201 dozvoljavaju da uđe u peroksizome, čime se identifikuje jedinstveni signal za ciljanje poznat kao peroksizomalni ciljani signal (PTS) na kraju proteina ili C-terminusu, što je bilo ključno za ovaj proces. .
Otkrijte najnovije u nauci, tehnologiji i prostoru sa preko 100.000 pretplatnika koji se oslanjaju na Phis.org za dnevne uvide.
Prijavite se za naš besplatni bilten i dobijajte novosti o otkrićima,
inovacije i istraživanja koja su važna – dnevno ili nedeljno.
„Za razliku od tipičnih signala peroksizomalnog ciljanja, PTS HSR201 je jedinstven i ne uklapa se u uobičajenu konsenzusnu sekvencu. Ovo je bilo iznenađujuće otkriće i pokazalo je da HSR201 koristi specijalizovani put da dođe do peroksizoma“, objašnjava dr Katou.
Sproveli su još eksperimenata koji su pokazali da molekul nazvan PEKS5 vodi HSR201 do peroksizoma prepoznajući njegov jedinstveni PTS signal. Ovo je potvrdilo da HSR201 koristi PTS1 put, a ne alternativni PTS2 put, od kojih su oba uključena u lokalizaciju proteina na peroksizome. Da bi potvrdili ulogu HSR201 u proizvodnji salicilne kiseline, istraživači su u biljke duvana uveli i normalnu i mutiranu verziju proteina HSR201.
„Naše glavno otkriće je bilo da samo divlji tip HSR201, koji je bio usmeren na peroksizome, povećava nivoe salicilne kiseline kada su biljke izložene patogenima“, kaže dr Katu. „Ovo je pokazalo da da bi se biljke efikasno branile, HSR201 mora biti lociran u peroksizomima.“
Tim je otkrio da je jedinstveni PTS HSR201 funkcionalan u kvascu, ali ne i u ljudskim ćelijama, otkrivajući razlike specifične za vrstu u transportu proteina. Ovi rezultati su istakli potencijalnu ulogu ovog proteina u stvaranju useva otpornih na bolesti fokusiranjem na put salicilne kiseline.
Ova studija baca svetlo na to kako HSR201 put i peroksizomalno ciljanje doprinose proizvodnji salicilne kiseline u biljkama. Nalazi nude nove mogućnosti za razvoj useva otpornih na bolesti, podržavajući sigurnost hrane i održivu poljoprivredu u skladu sa ciljevima održivog razvoja Ujedinjenih nacija.
Dr Katou razmišlja o budućim pravcima navodeći: „Otkrili smo da je jedinstveni nekanonski PTS1 put ključan za pravilnu lokalizaciju HSR201 u peroksizomima, što je od vitalnog značaja za biosintezu salicilne kiseline. Međutim, tačna uloga ovog puta, u poređenju sa tipičan (kanonski) PTS1 put, ostaje nejasan.
„Cilj nam je da poboljšamo naše razumevanje ovog procesa, što bi moglo pomoći u razvoju novih strategija za potencijalno poboljšanje otpornosti i održivosti useva.“
