Podkręcanie zegarów molekularnych roślin
Celem finansowanego ze środków UE projektu MOLECULAR CLOCK (Sumoylation: A regulatory mechanism for circadian clock function) było zbadanie, w jaki sposób rośliny odbierają i reagują na zmiany środowiskowe poprzez dostosowanie swojego rozwoju. Przedmiotem badań był fotoreceptor światła niebieskiego CRYPTOCHROME 2 (CRY2) w rzodkiewniku pospolitym, który zachowuje stabilność w ciemności, ale ulega fotodegradacji w świetle niebieskim. Degradację CRY2 poprzedza modyfikacja potranslacyjna. Po pierwsze działanie światła niebieskiego powoduje fosforylację białka, po której następuje ubikwitynacja fotoreceptora ukierunkowana na białko poddawane degradacji przez proteasom. Badacze z zespołu projektu MOLECULAR CLOCK badali nowo odkrytą potranslacyjną modyfikację CRY2 — sumoilację. Sumoilacja polega na kowalencyjnym przyłączeniu małego modyfikatora podobnego do ubikwityny (SUMO) do białka docelowego. Naukowcy potwierdzili jego sumoilację CRY2 i zidentyfikowali jedną z najważniejszych reszt docelowych. W zakresie biologicznego znaczenia procesu wyniki wykazały, że sumoilacja nie wpływa na wiązanie się kofaktora dinukleotydu flawinoadeninowego (FAD), który umożliwia CRY2 odbieranie światła niebieskiego. Ponadto sumoilacja nie zmieniła lokalizacji subkomórkowej CRY2. Co ważne, badania stabilności wykazały, że dodatek SUMO usprawnia degradację CRY2 podczas percepcji światła. Pod względem biologicznym sumoilacja prowadzi do powstawania niewielkich różnic w długości hipokotylu podczas rozwoju sadzonki. Czas kwitnienia był opóźniony w przypadku mutantów CRY2, a ponadto zaobserwowano komplementację tego fenotypu poprzez ekspresję typu dzikiego i zmutowanych postaci CRY2. Nie stwierdzono jednak istotnych różnic między doświadczeniami, co sugeruje, że oprócz sygnałów świetlnych na proces wpływa także wiele innych zmiennych. W przypadku niektórych linii komplementarnych ze zmutowanymi wariantami CRY2 występowały nieprawidłowości w układzie liści, a ich pąki kwiatowe miały wady pylników. Wyniki projektu MOLECULAR CLOCK są bardzo istotne z uwagi na występujące obecnie niedobory żywności związane ze zwiększaniem się populacji. Sygnał świetlny ma ogromny wpływ na wzrost i rozwój roślin, a dane na temat właściwości molekularnych kluczowych regulatorów pomogą w stworzeniu roślin, które będą łatwiej dostosowywać się do zmian klimatycznych. Ponadto CRY2 stanowi obecnie podstawę narzędzi optogenetycznych służących do kontrolowania ekspresji genów poprzez wystawianie na działanie światła. Udoskonalenie tych narzędzi może dodatkowo zwiększyć plony.
Słowa kluczowe
Rośliny, zegar molekularny, uprawy, zegar okołodobowy, sumoilacja, CRY2, ubikwityna
