Учёные раскрыли механизм транспорта аминокислот в растениях

Разные формы семинедельных растений Arabidopsis thaliana: дикий тип (слева) и растение без RE1 (справа). Характерная «сетчатая» форма листа чётко видна у растения справа — ткань листа светлее из-за недостатка клеток мезофилла, а жилки листа кажутся зеленее из-за большего количества хлоропластов. Автор: HHU/Franziska Kuhnert

Растения производят все аминокислоты, необходимые для жизни человека. Обычно это происходит в специализированных клеточных органеллах — так называемых пластидах. Исследовательская группа под руководством Университета Генриха Гейне в Дюссельдорфе (HHU) расшифровала механизм, с помощью которого растения распределяют эти аминокислоты внутри своего организма.

В статье, опубликованной в журнале Nature Plants, исследователи описывают механизм и класс транспортных белков, используемых для этого процесса. Полученные данные могут способствовать выведению сельскохозяйственных культур с более высоким содержанием незаменимых аминокислот и, таким образом, улучшению питательных качеств.

Белки — основные строительные блоки каждого организма — это крупные молекулы, состоящие из множества так называемых аминокислот. Человек может производить некоторые из этих аминокислот самостоятельно, но другие, «незаменимые аминокислоты», должны поступать с пищей. Растения синтезируют все 20 «протеиногенных» аминокислот, из которых состоят белки, что делает растения идеальным поставщиком аминокислот для человеческого рациона.

Однако растения не производят аминокислоты во всех своих частях. Девять из этих молекул, включая важные строительные блоки, такие как лизин и аргинин, производятся только в пластидах. «Хлоропласты», в которых происходит фотосинтез, также являются пластидами. До сих пор было неизвестно, как аминокислоты транспортируются из пластид в другие части растения.

Исследовательская группа под руководством профессора доктора Андреаса П. М. Вебера из Института биохимии растений HHU приписала функцию транспорта аминокислот через мембраны хлоропластов классу транспортных белков под названием RETICULATA1 (сокращенно: RE1). Это позволяет им обмениваться внутри растения.

«Молекулярная функция RE1 оставалась загадкой на протяжении десятилетий, хотя было известно, что мутации в этом гене вызывают заметные изменения формы листьев у модельного растения Arabidopsis thaliana (резуховидка Таля). Теперь мы показываем, что RE1 является специализированным переносчиком для основных аминокислот, таких как аргинин, цитруллин, орнитин и лизин», — заявляет профессор Вебер, автор-корреспондент.

Растения, лишённые RE1, не только имеют характерную «сетчатую» форму листьев, но и содержат лишь небольшое количество основных аминокислот в своих листьях и хлоропластах. Ведущий автор доктор Франциска Кунерт говорит: «Это указывает на нарушенное распределение аминокислот в растении. Полная потеря RE1 и его ближайшего родственника RER1 (RETICULATA-RELATED1) даже смертельна для растения, что подчёркивает важнейшую роль этих белков».

Исследовательской группе также удалось продемонстрировать, что потеря RE1 снижает биосинтез основных аминокислот и нарушает баланс пулов аминокислот между пластидами и цитозолем — жидкостью внутри клеток.

«RE1 и родственные белки встречаются исключительно в организмах, содержащих пластиды. Поскольку все растения и фотосинтезирующие водоросли обладают RE-белками, эти белки должны быть эволюционно древними и происходить из эпохи, когда пластиды формировались посредством «эндосимбиоза» — поглощения ранее независимых клеток другими клетками. RE1, возможно, внёс важный вклад в это эволюционное развитие растений», — отмечает Кунерт.

«Наши результаты дают ключевое понимание сложной взаимосвязи между транспортом аминокислот в пластиды и развитием листьев, а также распределением питательных веществ в растениях», — подводит итог Вебер. «Открытие открывает новые перспективы для селекции растений и позволяет разрабатывать сельскохозяйственные культуры с более высоким содержанием незаменимых аминокислот. Это может способствовать глобальной продовольственной безопасности».

Больше информации: Franziska Kuhnert et al, RETICULATA1 is a plastid-localized basic amino acid transporter, Nature Plants (2025). DOI: 10.1038/s41477-025-02080-z

Источник: Heinrich-Heine University Duesseldorf