Согласно новому исследованию, проведенному в Вашингтонском университете в Сент-Луисе, растение использует клеточные механизмы для переработки материалов во время стресса, но этот же механизм оказывает заметное влияние на метаболизм растения даже в условиях здорового роста.

Уменьшить повторное использование рециркуляции. Или просто придерживаться корзины.

В новой публикации в журнале Nature Plants исследователи в области искусств и наук описывают влияние аутофагии на метаболизм у кукурузы, широко известной как кукуруза, важная культура, чувствительная к недостатку азота. Фото: Shutterstock

Аутофагия – это процесс, который помогает разрушать поврежденные или нежелательные части клетки, чтобы строительные блоки можно было снова использовать. У людей аутофагия связана с целым рядом серьезных болезней. У растений это часто связано со старением или реакцией на питательное голодание.

В новой публикации в журнале Nature Plants исследователи во главе с Ричардом Виерстра, профессором биологии в искусстве и науке Джорджа и Шармейна Маллинкродта, описывают влияние аутофагии на метаболизм у растений кукурузы (обычно называемой кукурузой) с использованием уникально всеобъемлющего набор современных технологий «-омики».

«Кукуруза – очень важная культура, и она очень чувствительна к недостатку азота», – сказала Виерстра. «Одной из самых больших затрат на выращивание кукурузы с точки зрения энергии, затрат и времени фермера является обеспечение достаточного количества азота для удобрения почвы. Следовательно, нас особенно интересовало, как аутофагия играет роль в распределении и росте азота в условиях ограничения азота ».

Оказывается, что растения кукурузы, не имеющие ключевого гена для аутофагии, сильно отличаются на молекулярном уровне – даже если они получают достаточно питательных веществ и, кажется, развиваются нормально.

«Это первый доклад, описывающий эффект аутофагии с использованием четырех разных

«-омика» подходит и успешно интегрирует их в целостную картину », – сказал Фионн Маклафлин, научный сотрудник лаборатории Vierstra и первый автор новой статьи.

Группа использовала современные инструменты для сравнения и анализа транскриптома, протеома, метаболома и ионома проростков кукурузы, выращенных с геном ATG12, связанным с аутофагией, и оплодотворенного азотом или без него.

«Эта интеграция позволила нам точно определить клеточные процессы, которые подвержены аутофагии», – сказал Маклафлин. «Сравнивая изменения в количестве транскриптов и белков в образцах, мы также могли определить, какие белки были либо дифференциально синтезированы, либо нацелены на оборот (рециркуляцию) с помощью аутофагии».

Когда-то считавшаяся неразборчивой системой массового рециклинга, в настоящее время обнаружена, что автофагия обладает высокой избирательностью. Только определенные части клетки специально распознаются и используются повторно.

Это новое исследование помогает определить «цели» для рециркуляции, а также демонстрирует, каким образом растения, у которых отсутствуют гены для аутофагии, не способны поддерживать несколько основных клеточных функций.

«Наиболее глубоко мы наблюдали резкое увеличение продуктов расщепления липидов вместе с изменениями вторичного метаболизма у мутантов и выявили непредвиденную роль аутофагии в гомеостазе белка», – сказал Маклафлин. «К нашему удивлению, до 25 процентов протеома кукурузы подвержено влиянию аутофагии даже в условиях отсутствия голодания».

Большие полезные наборы данных «-omics», созданные исследователями, опубликованы в статье и могут быть использованы другими учеными для разработки маркерных метаболитов / белков, которые могут быть использованы для мониторинга состояния питания растений в полевых условиях.

«Аутофагия оказывает огромное влияние на множество клеточных процессов, которые можно использовать для изменения содержания липидов, масел, вторичных метаболитов и белков для агрономической пользы», – сказал Маклафлин.

Кукуруза: наиболее широко производимое кормовое зерно в США.

Кукуруза, использованная в этом исследовании аутофагии, является экономически важным модельным организмом. Вот как:

  • Кукуруза является основным кормовым зерном в США, на долю которого приходится более 95 процентов от общего производства и использования кормового зерна.
  • Более 90 миллионов акров земли засеяны кукурузой, при этом большая часть урожая выращивается в районе Хартленд.
  • США являются основным игроком на мировом рынке торговли кукурузой, при этом от 10 до 20 процентов урожая кукурузы экспортируется в другие страны.

Чтобы узнать больше о кукурузе, посетите сайт Службы экономических исследований Министерства сельского хозяйства США.

По материалам phys.org