Учёные расшифровали структуру и функцию ферментов, контролирующих поведение всех растительных гормонов.

С работой растительных гормонов огородники и садоводы сталкиваются постоянно: например, конец роста «пищевых» листьев у шпината и переход к цветению контролируются гиббереллинами. (Фото Hey! Sam !!.)

Исследователи знают о существовании растительных гормонов со времён Чарльза Дарвина, но до сих пор эта область науки остаётся одной из самых загадочных. Известно, например, что рост растений контролируется ауксинами, а защита от патогенов и вредных насекомых зависит от жасмонатов, но как растения сами управляются со своей гормональной системой? Активность гормонов должна регулироваться: оборонная — включаться при непосредственной угрозе, а чрезмерная активность ауксинов, например, может вызвать истощение и гибель растения.

Исследователи из Вашингтонского университета в Сент-Луисе (США) сумели расшифровать механизм, с помощью которого растения управляют собственными гормонами. В статье, опубликованной в журнале Science, они описывают структуру белков GH3, древнего семейства ферментов, возникшего около 400 млн лет назад. Нынешние мхи обладают несколькими вариантами генов GH3, с которых, вероятно, всё и началось, но вообще среди растений число этих ферментов превышает сотню. Первый ген семейства был секвенирован ещё в 1984 году, но для чего он нужен, сказать никто не мог. Понадобились объединённые усилия кристаллографов, биохимиков и специалистов по сворачиванию белка, чтобы выяснить, чем занимаются ферменты семейства GH3.

Оказалось, что именно они определяют судьбу всех растительных гормонов. GH3 связывает молекулу гормона, молекулу аминокислоты и энергетическую молекулу АТФ и на первом этапе превращает АТФ в АМФ и пришивает её к гормону. Активированный таким образом гормон готов к тому, чтобы модифицировать его аминокислотой: это второй этап работы GH3. Аминокислота, пришитая к гормону, служит как бы инструкцией к применению: она либо активирует его, либо подавляет его активность, либо вообще направляет гормон на деградацию. Например, добавление аминокислоты изолейцина к одному из жасмонатов активирует его, а пришивка аспарагиновой кислоты к ауксину списывает молекулу гормона в утиль.

О масштабах активности GH3 можно судить хотя бы по тому, что, к примеру, у Arabidopsis thaliana всего 5% ауксина находится в активной форме: остальные молекулы держатся в спящем состоянии про запас.

Хотя теперь учёным предстоит выяснить, что влияет на активность самих GH3, результаты работы всё равно трудно переоценить. Во-первых, исследователям впервые удалось раскрыть структуру этих загадочных растительных ферментов и показать, чем именно они так важны для жизни растения. Во-вторых, уже сейчас можно представить, какие практические последствия это может иметь для сельского хозяйства: не будет преувеличением сказать, что тот, кто научится управлять гормональным регулятором, получит контроль над всей жизнью растения.