Onverwachte eiwitinteracties nodig om bloemen Ars Technica te bouwen

De voor- en nadelen van overwerk Het aannemen van een extra baan naast fulltime werken is een fel bediscussieerd onderwerp. Maar in de biologie is overwerk niet ongewoon, omdat individuele eiwitten vaak meerdere functies vervullen. Wetenschappers weten al jaren dat een ongewoon bloemenorgel (UFO)-eiwit voor wat extra verlichting lijkt te zorgen.

Op basis van de structuur van het eiwit wordt gedacht dat zijn rol in planten gericht is op eiwitten voor vernietiging. Maar het werkt ook met bladeiwit (LFY) om de bloemvorming te bevorderen. Een team van wetenschappers uit Frankrijk heeft nu licht geworpen op hoe dit eiwit twee rollen vervult.

Bloemen en UFO’s

Als het om bloemvorming gaat, is bladeiwit (LFY) een echte factor. Bloemen zijn opgebouwd uit delen die kelkblaadjes, bloembladen, meeldraden en vruchtbladen worden genoemd, gerangschikt in kransen. Het LFY-eiwit, alleen of in combinatie met andere eiwitten, is verantwoordelijk voor het activeren van genen die nodig zijn voor de vorming van elk van deze delen. LFY combineert met UFO om de bloembladen en meeldraden te helpen vormen.

Volgens de studie Hoofdauteur, François Barcy van het CNRS en de Universiteit van Grenoble Alpes, zei dat de reden dat het meer dan 25 jaar duurde om het mechanisme van UFO-LFY te achterhalen, was vanwege de “misplaatste aard van het UFO-eiwit”.

Het vreemde lichaam behoort tot een groep van ongeveer 700 eiwitten die worden gekenmerkt door een patroon van aminozuren, het F-box-domein genaamd, dat de niveaus van andere eiwitten reguleert. Het vreemde lichaam markeert andere eiwitten voor vernietiging, zei Barsi: “Het plaatst een chemische tag op het eiwit dat is gekozen voor afbraak. Zodra het eiwit is getagd, [some] Mobiele machines, gebeld [a] Het proteasoom herkent het label en knipt het eiwit in honderden stukjes.”

Je zou dus verwachten dat UFO ook staat voor LFY for Destruction. Normaal gesproken zou het ook het LFY-eiwit moeten afbreken. In het geval van LFY ontdekten we echter dat het vreemde lichaam een ​​heel andere functie had: het binden aan een DNA-gebied waar alleen LFY geen toegang toe had.

Wanneer een LFY en een UFO elkaar ontmoeten, plakken ze DNA in de buurt van genen die nodig zijn om de bloemblaadjes en meeldraden te vormen.

Parsi en zijn team begonnen hun onderzoek vier jaar geleden door massaal het vreemdlichaam-eiwit in insectencellen te produceren. “Het was een hele uitdaging, omdat het vreemde lichaam een ​​van de moeilijkste eiwitten is om kunstmatig te produceren,” zei Barsi.

Overal waar bloemen zijn

Het blijkt dat het vreemde lichaam geen andere eiwitten hoeft te vernietigen om met LFY te werken. Vervolgens hebben we het aangepast door het F-box-domein te verwijderen dat verantwoordelijk is voor de afbraak van partnereiwitten. Tot onze verbazing ontdekten we dat ondanks dat de vermeende hoofdfunctie is afgeschaft, het eiwit nog steeds goed werkt met het LFY-eiwit, “zei Barsi. Het experiment onthulde dat het UFO-eiwit weinig andere functies vervult dan het richten op eiwitten voor vernietiging.

Deze add-on lijkt te bestaan ​​uit het veranderen van de DNA-sequenties waar Levy zich aan vastklampt. De onderzoekers verkregen een 3D-structuur van de interactie tussen LFY en UFO en de DNA-regio’s waaraan ze binden met behulp van elektronenmicroscopie. Volgens Parcy, wanneer UFO en LFY samenwerken, kunnen ze zich hechten aan DNA-gebieden die verantwoordelijk zijn voor de vorming van bloemblaadjes en meeldraden. Geen van deze eiwitten kan op zichzelf aan dit DNA hechten.

“Dit betekent dat hoewel elk eiwit het vermogen heeft om een ​​DNA-gebied zwak aan te raken, het in combinatie zijn kracht vergroot, wat leidt tot een interactie met een nieuw DNA-sjabloon”, zei hij.

De LFY-UFO-associatie is aanwezig in alle bloeiende planten. Ook in rijst kleven twee eiwitten, LFY en UFO, aan elkaar om hen in staat te stellen nieuwe delen van het DNA te binden, wat resulteert in de ontwikkeling van het deel van de plant dat de korrels draagt, de pluim genaamd.

wat doe je hier?

Volgens Parcy weten we momenteel niet waarom het UFO-eiwit een F-box-domein blijft bezitten, dat geen rol speelt in zijn interactie met LFY.

“Als dit domein volkomen nutteloos was, zou de evolutie het hebben verwijderd. Het feit dat het er nog steeds is, betekent dat het een rol heeft die nog moet worden ontdekt. ​​Misschien speelt de UFO een rol bij het afbreken van andere eiwitten. We weten het niet Maar wat we met zekerheid kunnen zeggen is dat deze functie niet nodig is voor het maken van bloemblaadjes en meeldraden.”

Het is echter niet het enige mysterie rond bloemen. Een van de grote mysteries is wat de oorsprong van de bloemen veroorzaakte, vooral gezien het feit dat de associatie tussen LFY en UFO dateert van vóór de eerste bloem. Onze studie geeft aan dat dit deelmechanisme al aanwezig was in naaktzadigen zoals coniferen en in varens. “Ze moet een andere rol hebben gespeeld toen er geen bloemen waren”, zei Barsi.

Hoewel er hypothesen zijn over waarom bloemen meer dan 130 miljoen jaar geleden zijn ontstaan, blijft het antwoord ongrijpbaar.

De UFO is niet het enige eiwit dat wat extra werk doet. Volgens Christine Foer, hoogleraar plantenwetenschappen aan de Universiteit van Birmingham, vervullen veel eiwitten belangrijke functies naast die waarvoor ze voor het eerst werden beschreven.

“Eiwitten zijn complexe moleculen met een enorme flexibiliteit in termen van modificatie en het vermogen om te bewegen tussen verschillende delen van de cel. Het extra voordeel van verlichting is dat een enkel eiwit meerdere functies kan vervullen, afhankelijk van hoe het is georganiseerd,” zei Foyer, die was niet. onderdeel van het onderzoek.

Nature’s Plants, 2023. DOI: 10.1038 / s41477-022-01336-2