Müjde! Bitki hücrelerinin ne zaman yağ ürettiğini belirlemek için moleküler sinyaller kullanılıyor mu?
Bitkiler bile yaşamı sürdürmek için enerjiye bağımlıdırlar.Bitkiler güneş enerjisini (şeker biçiminde) kimyasal enerjiye dönüştürdükleri bilinmesine rağmen, bu enerjiyi nasıl kullanacaklarını düzenleyen karmaşık biyokimyasal mekanizmalara sahiptirler; çok para. ABD Enerji Bakanlığı'nın Brookhaven Ulusal Laboratuvarı'ndaki bir bilim adamı ekibi, bu ince enerji dengesi detayını araştırdı ve bitkilerin şeker dengesini koruyan bir protein ile yağ üretimini destekleyen bir protein arasında daha önce bilinmeyen bir bağlantı keşfetti. The Plant Cell'de yayınlanan biyokimyasal test çalışması, yağ bazlı biyoyakıtlar ve diğer biyomateryaller üretmek için güneş ışığından enerji elde etmek için bitkileri kullanmak için yeni bir stratejiye işaret ediyor.
Brocade Park-Science Popularization: Brookhaven Lab'da bu araştırmaya liderlik eden kıdemli biyokimyacı John Shanklin, şunları söyledi: Bu araştırma, temel biyokimya ve hücre biyolojisinin anlaşılmasının gerekli bitki ürünlerinin verimini artırmak için önemli olduğunu gösteriyor. Potansiyel yardım. Bu, temel bilimin bir örneğidir ve istediğimizden daha fazlasını üretmek için ekinleri iyileştirmenin yollarına işaret eder. Doktora sonrası araştırmacı Zhiyang Zhai ve araştırma asistanı Emily Liu dahil olmak üzere Shanklin'in ekibi, bitki şeker içeriği ve yağ üretimi arasında bir bağlantı sağlayabilecek genetik ve biyokimyasal faktörlerin rolünü araştırdı. Şekeri uygun seviyede tutmak için bir mekanizma olan şeker homeostazı hakkında çok şey biliyoruz. Anahtar faktörlerden biri, tıpkı bir termostatın sıcaklığı kontrol etmesi gibi, şeker içeriğini kontrol eden proteindir.
Şeker içeriği düşük olduğunda, KIN10 adı verilen bu protein, işlevlerini değiştirmek ve nihayetinde şeker içeriğini artırmak için binlerce farklı proteine bir fosfat grubu ekler. Şeker seviyeleri arttıkça, KIN10'un proteinleri fosforile etme yeteneği engellenir ve bu da şeker üretimini yavaşlatır. Ek olarak, yeterli şeker arzı olduğunda bitkiler, yağ üretimi gibi enerji yoğun üretim süreçlerine "yatırım" yapabilirler. Ancak şeker seviyeleri düştüğünde, yağ üretimi yavaşlar. Yani Shanklin bu iki süreç arasında bir bağlantıdan şüpheleniyordu. Araştırma ekibi ilk olarak KIN10 tarafından fosforile edilmiş yaklaşık 1.000 protein gözlemledi, ancak bunlarla yağ sentezi arasında hiçbir bağlantı bulamadı. Bu yüzden bilim adamları, araştırma odaklarını, yağ sentezini kontrol eden bilinen bir ana düzenleyici proteine çevirdi.
- Bu resim, bitkinin yağ üreten genlerini etkinleştirmek için DNA ile (turuncu, yeşil ve mavi "bükülmüş merdiven") birleşen buruşuk kısmı (yeşil "şerit") göstermektedir. Molekülün macenta, kırmızı ve mavi çubuk şeklindeki kısımları, kıvrımları işaretlemek ve bunların yok olmasına yol açan bir süreci başlatmak için KIN10 tarafından fosforile edilir. Bu fosforilasyon bölgelerine müdahale, bitki yağı üretimini artırmak için kırışıklıkları dengelemenin bir yolu olabilir. Resim: Brookhaven Ulusal Laboratuvarı
Kıvrım adı verilen bu protein, yağ üreten genleri harekete geçirir. Bu iki düzenleyici protein arasındaki bağlantıyı test etmek için, araştırmacılar tütün yapraklarındaki genleri (ve gen kombinasyonlarını) ifade etmek için hızlı bir genetik analiz sistemi kullandılar ve daha sonra bu genler tarafından üretilen proteinleri ölçmek için immünolojik yöntemler kullandılar ve ardından nicel olarak Bu sorunu çözmek için birçok farklı biyokimyasal ve genetik teknolojinin bir kombinasyonu olan yağ içeriğini ölçmek için analiz. Bilim adamları tütün yapraklarındaki kırışan genleri ifade ettiklerinde, bu "açık" yağ üreten protein yağla birlikte birikecektir. Bununla birlikte, KIN10 genini aynı anda ifade ettiklerinde, büzülmüş protein bozulmuş ve az miktarda yağ birikmiştir. Bu, kırışıklık 1'in kin10 (önceden bilinmeyen bir temas hedefi) olduğunu gösterir.
Bu bağlantıyı daha fazla araştırmak için, araştırma ekibi bu proteinleri (KIN10 ve Fold 1) saflaştırdı ve fosforilasyon reaksiyonunu izlemek için radyoaktif bir fosfor formu kullandı. KIN10 mevcut olduğunda, radyoaktif fosfor atomları, büyük olasılıkla iki bölgede Kat 1'e aktarılır.Araştırma ekibi, proteinin dizisini analiz etti ve KIN10 hedef bölgesi olarak varsaydı. Bu bölgelerden yoksun buruşuk genin varyantlarını oluşturarak bu iki bölgenin kimliklerini doğrulayın ve bu varyantların KIN10 tarafından fosforile olmadığını kanıtlayın. Bu değiştirilmiş varyantların tütün yapraklarındaki ifadesini test ettiğimizde, kırışıklıklar daha yüksek bir seviyeye kadar birikti. Bunun nedeni, fosforilasyonun hücrenin doğal protein döngüsü mekanizmasını imha etmesi ve yok etmeye hazır olmasıdır. Bu nedenle, bu çalışma şeker seviyeleri ile yağ üretimi arasında mekanik bir bağlantı sağlar.
- Brookhaven kıdemli biyokimyacı John Shanklin (ortada), araştırma asistanı Emily Liu (solda) ve doktora sonrası meslektaşı Zhai Zhiyang (solda), bitkinin şeker dengesi ile yağ üretim süreci arasındaki bağlantıyı açıklamak için tütün bitkileri üzerinde çalıştı. Resim: Brookhaven Ulusal Laboratuvarı
Şeker içeriği düşük olduğunda, KIN10 kırışık maddeyi fosforile edecek ve onu yıkıcı bir madde olarak işaretleyecektir, böylece kırışıklık azaltıcı madde petrol üretiminde kullanılabilir. Tersine, şeker seviyesi yükseldiğinde ("ekonomik" iyi durumda olduğunda) kapanacak, kırışıklıklar artacak ve şeker seviyesi yükselecek ve bu da yağ üretimini teşvik edecektir. Bu çalışmanın ayrıntıları bilim insanlarına, bitkiyi daha fazla yağ yapmak üzere "kandırmak" için kıvrımları değiştirmenin birkaç olası yolunu sunuyor: biri fosforilasyon bölgesini değiştirmek, diğeri ise fosforilasyon yapmak için bölgeye müdahale etmektir. Protein, dolaşım mekanizmasına girer. Doğa, genlerin anahtarlarının 'kısa ömürlü olmasını ve değişen metabolik koşullara hızlı tepki vermesini sağlar. Bu nedenle, daha fazla petrol üretiminin anahtarını yapmamıza gerek yok.' Proteinlerin birikmesi için sadece proteinin bozulmasını önlememiz gerekiyor. Daha güçlü bir etki elde edebilirsiniz.
ABD Enerji Bakanlığı'nın Brookhaven Ulusal Laboratuvarı tarafından yapılan bir araştırma, şeker sinyal moleküllerinin bitki hücrelerinde yağ üretimini düzenlemeye nasıl yardımcı olduğuna dair yeni ayrıntılar keşfetti. "Bitki Hücresi" nde (Bitki Hücresi) yayınlanan yeni bir makaleye göre, bu araştırma, bitkilerin biyoyakıt veya diğer yağ bazlı ürünlerin üretiminde kullanılabilecek büyük miktarlarda yağ üretmesi için yeni yöntemlerin yolunu gösterebilir. Brookhaven Lab'da bir biyokimyacı olan John Shanklin, bu araştırmayı önceki araştırmalara dayanarak yürüttü. Bir protein kompleksi (özellikle KIN10 adlı bir alt birim) ve başka bir Yağ üretimi için bir "anahtar" görevi gören bir protein (buruşuk) arasında açık bir bağlantı. Bu bilgiyi kullanarak, Shanklin'in ekibi yakın zamanda, bitki yapraklarında şeker birikimini ve dolayısıyla yağ üretimini artırmak için genetik mutasyonların bir kombinasyonunun kullanılabileceğini gösterdi.
- Bitkilerin şeker içeriği düşük olduğunda (soldaki görüntü), bir dizi moleküler etkileşim, yağ asidi sentezini (FAS) başlatan proteini (W) bozar. Bununla birlikte, şeker içeriği yüksek olduğunda (sağda), bu süreçteki anahtar adım engellenecek ve W proteini, bozulmadan yağ asitleri (yağ) üretmeye başlayacaktır. Anahtar Kelimeler: K = KIN10, G = GRIK1, P = fosfat grubu, W = kırışıklık 1, FAS = yağ asidi sentezi, DEG = bozunma, T6P = trehaloz 6-fosfat, soluk moleküller ve yollar koyu renkte gösterilenlerden daha aktiftir düşük. Resim: Brookhaven Ulusal Laboratuvarı
Bu yeni araştırma, şeker sinyali ile yağ üretimi arasındaki bağlantının daha ayrıntılı bir şekilde anlaşılmasını sağlayarak hangi moleküllerin dengeyi nasıl düzenlediğini açıklığa kavuşturuyor. Eğer bir hücreyseniz, yeni bileşikler mi yapmalısınız yoksa mevcut bileşikleri mi parçalamanız gerektiğini bilmek isteyeceksiniz.Yağ yapmak gerekir; çok enerji olduğunda, onu yapmak isteyeceksiniz ve hücredeki enerji Mevcut şeker miktarı ile ölçülür. Araştırmacılar, şekerin mevcudiyetinin petrol üretimini nasıl etkilediğini anlayarak, fabrikaların petrol üretiminin önceliğini artırmalarına izin vermenin yollarını bulmayı umuyorlar. Araştırma ekibi tarafından yapılan ilk araştırmalar, şeker ve yağ dengesinin bazı önemli biyokimyasal ayrıntılarını ortaya çıkardı. Spesifik olarak, şeker seviyeleri düşük olduğunda, şekere duyarlı kompleksin KIN10 kısmının, yağ "açma" anahtarının bozunmasını (kırışmasını) tetikleyerek yağ üretimini durdurduğu bulunmuştur.
Yüksek şeker seviyeleri bu bozunmayı bir dereceye kadar engeller, anahtar proteinini stabilize eder ve yağ üretir. Ancak bilim adamları neler olup bittiğini tam olarak anlamıyorlar. Bu yeni makalede, ilk yazar Zhai Zhiyang ve Jantana Keereetacry (Jantana Keereetacry), bu moleküllerin birbirleriyle nasıl etkileşime girdiğini anlamaya çalışmak için ayrıntılı bir çalışma başlattı. Bol koşullar, petrol üretiminin yükselmesine neden olur. Araştırma ekibi, moleküler etkileşimlerin gücünü doğru bir şekilde ölçmek için floresan boyaları ve ısıyı kullanan mikro ölçekli termoforez adı verilen yeni bir teknik kullandı. Bu molekülleri floresan boyalarla etiketleyebilir ve ardından ısı kaynağından ne kadar uzakta olduklarını ölçebilirsiniz. Daha sonra, etiket molekülüne bağlanmak için başka bir molekül eklenirse, etiket molekülünün hızını ısıdan uzaklaştıracaktır.
Jan ve Zhiyang'ın bu zor araştırma problemine hızlı uygulaması, bu problemi çözmenin anahtarıdır. Araştırmada, şeker seviyesinin yanı sıra moleküler seviyesi dalgalanan trehaloz 6-fosfat (T6P) adlı bir madde var. Çalışmalar, T6P'nin şekere duyarlı kompleksin KIN10 bileşeni ile doğrudan etkileşime girdiğini bulmuştur. Bu kombinasyonun, KIN10'un yağ biyosentezini kapatma becerisine nasıl müdahale ettiğini gösterir. Pek çok farklı molekül arasındaki etkileşimi ölçerek, şeker sinyal molekülü T6P'nin KIN10'a bağlandığı ve KIN10'un kırışıklığa zarar veren maddeleri etiketlemesi için gerekli olan önceden bilinmeyen ara ürün GRIK1 ile etkileşimini engellediği belirlendi. Bu, sinyalin olay zincirini nasıl etkilediğini ve petrol üretiminde bir artışa yol açtığını açıklıyor. Sadece şeker değil, aynı zamanda yağın kapanma mekanizmasını engelleyen şekerle dalgalanan sinyal molekülleri.
Petrol üretimini artırmak için bu bilgiyi uygulamaya koymak için bilim insanlarının daha fazla detaya ihtiyacı var. Bu nedenle, bir sonraki adım, T6P ve hedef proteini KIN10'un Brookhaven Ulusal Senkrotron Işık Kaynağı II (nsl-II) üzerinde yakın mesafeden etkileşimini gözlemlemek olacaktır. ABD Enerji Bakanlığı Bilim Dairesi'nin kullanıcı ekipmanı çok parlak x-ışınları üretiyor ve ekip, bunu etkileşimli moleküllerin nasıl bir arada tuttuğunu ortaya çıkarmak için kullanacak. Brookhaven Lab'ın nsl-ii'si ile araştırma, bu araştırmayı bir sonraki aşamaya taşımak için en iyi konumda. Işık kaynağında, keşfettiğimiz etkileşimlere atom düzeyinde ayrıntılar eklememize izin veren bazı benzersiz araçlar var. Bu ayrıntılar, T6P'nin hedef proteini KIN10'un dizisini değiştirmek, etkileşimlerin etkilerini simüle etmek ve tercihli olarak yağ üretmek için hücresel "düzenleyici devreleri" değiştirmek için yöntemleri gösterebilir.
Brocade Park-Science Popularization Dergi Literatürü: "Plant Cell" Araştırma / Gönderen: Brookhaven National Laboratory, DOI: doi.org/10.1105/tpc.17.00019
Brocade Park - Evren Biliminin Güzelliğini Sunuyor
