Głodne rośliny pomogą wykarmić świat

Wszystkie organizmy regulują swoją równowagę energetyczną przy użyciu konserwatywnych ścieżek transdukcji sygnałów, w których kinazy, enzymy (białka) pośredniczące w fosforylacji, odgrywają istotną rolę. Organizmy te modulują tempo wychwytu (poprzez karmienie lub fotosyntezę), magazynowanie i zużywanie zasobów energii, aby podtrzymać wzrost i rozwój.

Gdy dostępne są niewielkie zasoby energii, organizmy eukariotyczne ograniczają zużycie energii. Przedłużające się głodowanie wymusza programowanie metabolizmu na wielką skalę w odpowiedzi zwanej syndromem obniżonej energii (LES). Charakteryzuje się on represją czynności biosyntetycznych i wzrostu oraz indukcją procesów katabolicznych, które rozkładają magazynowane cząsteczki w celu uwolnienia energii.

Naukowcy zbadali LES u roślin w ramach projektu MERIT (Metabolic reprogramming by induction of transcription), finansowanego ze środków UE. Celem prac było zrozumienie mechanizmów regulujących równowagę energetyczną u roślin i wpływ tych mechanizmów na ich przetrwanie w warunkach stresu.

Partnerzy projektu zidentyfikowali też najważniejsze etapy regulacyjne i opracowali szereg narzędzi umożliwiających sprawniejsze wykorzystywanie danych dotyczących genomów roślin. Szczególną uwagę zwrócono na dane dotyczące transkryptomiki, sekwencjonowania proteomu i translatomy. Naukowcy odkryli pierwszy czynnik transkrypcyjny (białka regionu podstawowego zamka leucynowego (bZIP)) bezpośrednio regulowany fosforylacją przez roślinną kinazę białkową SnRK1.

Kinazy te mają kluczowe znaczenie dla bilansu energetycznego organizmu i regulacji podstawowego metabolizmu poprzez kontrolowanie czynników transkrypcyjnych, które z kolei kontrolują ekspresję genów kodujących ważne enzymy. Zidentyfikowano także wyraźne profile metaboliczne związane z LES, co umożliwia określenie cząsteczek zaangażowanych w przeprogramowanie metaboliczne.

Projekt MERIT dowiódł, że przekazywanie sygnałów przez SnRK1 i przeprogramowany metabolizm są niezbędne dla tolerancji podczas wzrostu rośliny, dzięki czemu można będzie łatwiej poprawiać wydajność upraw i odporność roślin na stres. Ponadto konsorcjum przeanalizowało potencjał komercyjny omawianych badań, przeprowadzając ściśle kontrolowane eksperymenty w powtarzalnych warunkach. Aktywny udział liderów w dziedzinie produktywności roślin i upraw rolnych pozwoli na efektywne wykorzystanie wyników badań naukowych przeprowadzonych w projekcie MERIT, przynosząc istotne korzyści ludziom na całym świecie.