Вольф Фроммер из Карнеги ранее идентифицировал уникальный класс белков-переносчиков сахара, называемых СЛАДОСТИ, которые играют ключевую роль в растениях, например, в производстве нектара, в передаче энергии, производимой листьями, в другие органы растений и в наполнении семян питательными веществами для питания зародыша растения. .В двух отдельных статьях он и несколько групп исследователей раскрывают молекулярную структуру SWEET2, транспортного белка, который играет решающую роль в ограничении до нужного уровня количества сахара, доступного для корневых микробов. Это первый раз, когда была описана структура члена класса белков SWEET, и только одна из трех структур, проясненных до сих пор для транспортеров сахара у животных и растений.
Одна команда, возглавляемая Лян Фэном из Медицинской школы Стэнфордского университета, доцентом кафедры молекулярной и клеточной физиологии, выяснила молекулярную структуру транспортера SWEET2 из риса. Обнаружение структуры SWEET2 в сочетании с определением ключевых аминокислот в белке, необходимом для функционирования, является ключом к выяснению механизма, по которому он работает. Это важно для понимания того, что происходит, когда транспортер выходит из строя из-за болезни или патогенов, и для изучения способов защиты от этих рисков. Их работа опубликована 19 октября в журнале Nature.
Фроммер и Фэн ранее работали вместе, чтобы определить структуру и механизм бактериального аналога транспортеров SWEET, называемых SemiSWEET. Было предсказано, что СЛАДКИ возникли в результате удвоения и слияния бактериальной версии генов-переносчиков во время эволюции.
Сходство, которое они обнаружили между структурными складками димера SemiSWEET (комплекс из двух идентичных единиц, которые связываются) и SWEET2, в сочетании с их доказательствами того, что SWEET2, вероятно, функционирует как часть комплекса, построенного из взаимодействующих единиц отдельных белков, решительно поддерживают эту теорию. .Другая группа, в которой Фроммер работал с постдоком Карнеги Вуэй-Цзюном Го (ныне работающим в Национальном университете Ченг Кунг) и Доротеей Толл из Технологического института Вирджинии, сосредоточила внимание на роли SWEET2 в защите горчичного растения Arabidopsis от паразитарной инфекции. Они показывают, что SWEET2 помогает накапливать сахар в пузыре хранения внутри растительных клеток, называемом вакуоль, тем самым ограничивая поставку сахара, предназначенного для питания только хороших микробов, до уровня, который предотвращает рост плохих парней. Эта работа была недавно опубликована в Интернете в журнале The Plant Journal.Растения выделяют сахар в почву, непосредственно окружающую их корни.
Хотя молекулярные механизмы этого недостаточно изучены, считается, что сахар является наградой для симбиотических микроорганизмов, живущих в этом регионе, которые способствуют росту растений. Однако этот сахар также может поглощаться патогенами, такими как паразит Pythium. Pythium — это так называемый оомицет, похожий на гриб, который вызывает корневую гниль и другие заболевания полевых и тепличных культур.
Исследовательская группа показала, что SWEET2 способствует удержанию сахара в корнях, что может быть механизмом голодания и сопротивления патогенам, живущим в непосредственной близости от корней. Они обнаружили, что экспрессия SWEET2 увеличивалась в 10 раз во время заражения Pythium и что специально созданные мутанты, лишенные SWEET2, были более восприимчивы к паразиту.«Вместе эти два документа дают первое представление не только о том, как растения контролируют связывание углерода в почве, но и улучшают наше понимание функционирования этого уникального класса переносчиков SWEET, включая важный гомолог SWEET человека», — сказал Фроммер.
Лян Фэн из Стэнфорда отметил: «Это исследование является важным шагом в понимании процесса транспортировки сахара и гомеостаза энергии в клетках».