分子信號如何幫助植物細胞決定何時制造油

美國能源部布魯克海文國家實驗室的一項研究確定了糖信號分子如何幫助調(diào)節(jié)植物細胞中石油產(chǎn)量的新細節(jié)。正如“植物細胞”雜志上發(fā)表的一篇論文所述，這項工作可以指出工程設(shè)計工廠生產(chǎn)大量石油用作生物燃料或生產(chǎn)其他油基產(chǎn)品的新方法。

該研究建立在Brookhaven Lab生物化學(xué)家John Shanklin領(lǐng)導(dǎo)的先前研究的基礎(chǔ)上，該研究在感知植物細胞中糖水平的蛋白質(zhì)復(fù)合物(特別是稱為KIN10的亞基)與另一種用作石油生產(chǎn)“開關(guān)”的蛋白質(zhì)之間建立了明確的聯(lián)系( WRINKLED1)。利用這些知識，Shanklin的團隊最近證明，他們可以使用增加植物葉片中糖積累的遺傳變異組合來推動石油生產(chǎn)。這項新工作提供了對糖信號與石油生產(chǎn)之間聯(lián)系的更詳細的了解，準(zhǔn)確地確定了哪些分子調(diào)節(jié)平衡以及如何調(diào)節(jié)。

“如果你是一個細胞，你想知道你是應(yīng)該制造新化合物還是破壞現(xiàn)有化合物，”尚克林說。“制造石油是非?？量痰?當(dāng)你有足夠的能量時，你想要制造它 - 在細胞中用可用的糖量來衡量。通過了解糖的可用性如何驅(qū)動石油生產(chǎn)，我們希望找到讓植物生長的途徑提高制油的重點。“

該團隊早期的研究揭示了糖 - 油平衡法的一些關(guān)鍵生化細節(jié)。具體而言，他們發(fā)現(xiàn)當(dāng)糖含量較低時，糖傳感復(fù)合物的KIN10部分會通過觸發(fā)油“開”開關(guān)(WRINKLED1)的降解而關(guān)閉石油生產(chǎn)。高糖水平以某種方式阻止了這種降解，使開關(guān)蛋白穩(wěn)定化以產(chǎn)生油。但是科學(xué)家并不確切地知道如何。

對于這篇新論文，第一作者Zhiyang Zhai和Jantana Keereetaweep進行了詳細的調(diào)查，以揭示這些分子參與者如何在糖豐富時相互作用以推動石油生產(chǎn)。

該團隊使用了一種名為微尺度熱泳的新興技術(shù)，該技術(shù)使用熒光染料和熱量來精確測量分子相互作用的強度。

“你用熒光染料標(biāo)記分子并測量它們?nèi)绾芜h離熱源，”Shanklin解釋說。“那么，如果添加另一種與標(biāo)記分子結(jié)合的分子，它會改變標(biāo)記分子遠離熱量的速度。”

“Jan和Zhiyang將這種新技術(shù)快速應(yīng)用于這個棘手的研究問題是解決這個問題的關(guān)鍵，”Shanklin說。

研究中包括的物質(zhì)是一種稱為海藻糖6-磷酸(T6P)的分子，其水平與糖的水平一起上升和下降。該研究顯示T6P直接與糖敏感復(fù)合物的KIN10組分相互作用。并且它顯示了這種結(jié)合如何干擾KIN10關(guān)閉油生物合成的能力。

“通過測量許多不同分子之間的相互作用，我們確定糖信號分子T6P與KIN10結(jié)合并干擾其與此過程中先前未識別的中間體的相互作用，稱為GRIK1，這是KIN10標(biāo)記WRINKLED1所需的這可以解釋信號如何影響事件鏈并導(dǎo)致石油產(chǎn)量增加，“尚克林說。“它不僅僅是糖，而是糖的上升和下降的信號分子，抑制了油的關(guān)閉機制。”

為了將這些知識付諸行動以增加石油產(chǎn)量，科學(xué)家們將需要更多的細節(jié)。因此，下一步將近距離觀察T6P與Brookhaven國家同步加速器光源II(NSLS-II)中的目標(biāo)蛋白KIN10的相互作用。DOE科學(xué)辦公室的用戶設(shè)施產(chǎn)生極其明亮的X射線，團隊將用它來準(zhǔn)確揭示相互作用的分子如何組合在一起。

“在布魯克海文實驗室使用NSLS-II，我們處于完美的地方，可以將這項研究帶入下一階段，”尚克林說。“Light Source提供了獨特的工具，可以讓我們在我們發(fā)現(xiàn)的交互中添加原子級細節(jié)。”

這些細節(jié)可以指出改變KIN10，T6P靶蛋白序列的方法，以模擬相互作用的影響，并修改細胞的調(diào)節(jié)電路以優(yōu)先考慮油的生產(chǎn)。

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