Unerwartete Proteininteraktionen, die zum Aufbau von Blumen benötigt werden Ars Technica

Vor- und Nachteile von Überstunden Die Aufnahme eines Nebenjobs neben der Vollzeitbeschäftigung wird heiß diskutiert. Doch in der Biologie sind Überstunden keine Seltenheit, da einzelne Proteine ​​oft mehrere Funktionen erfüllen. Wissenschaftler wissen seit vielen Jahren, dass ein ungewöhnliches Protein der Blütenorgane (UFO) für zusätzliche Beleuchtung zu sorgen scheint.

Basierend auf der Struktur des Proteins wird angenommen, dass seine Rolle in Pflanzen Proteine ​​zur Zerstörung anvisiert. Aber es funktioniert auch mit Blattprotein (LFY), um die Blütenbildung zu unterstützen. Ein Team von Wissenschaftlern aus Frankreich hat nun aufgeklärt, wie dieses Protein zwei Rollen erfüllt.

Blumen und UFOs

Wenn es um die Blütenbildung geht, ist Blattprotein (LFY) ein echter Faktor. Blumen bestehen aus Teilen, die als Kelchblätter, Blütenblätter, Staubblätter und Fruchtblätter bezeichnet werden und in Wirbeln angeordnet sind. Das LFY-Protein, allein oder in Kombination mit anderen Proteinen, ist verantwortlich für die Aktivierung von Genen, die für die Bildung jedes dieser Teile notwendig sind. LFY verbindet sich mit UFO, um die Bildung der Blütenblätter und Staubblätter zu unterstützen.

Entsprechend der lernen Der Hauptautor, François Barcy vom CNRS und der Universität Grenoble Alpes, sagte, der Grund dafür, dass es mehr als 25 Jahre gedauert habe, um den Mechanismus von UFO-LFY herauszufinden, sei die „irreführende Natur des UFO-Proteins“.

Der Fremdkörper gehört zu einer Gruppe von etwa 700 Proteinen, die durch ein Aminosäuremuster gekennzeichnet sind, das als F-Box-Domäne bezeichnet wird und das Niveau anderer Proteine ​​reguliert. Der Fremdkörper markiert andere Proteine ​​zur Zerstörung, sagte Barsi: „Er setzt eine chemische Markierung auf das für den Abbau ausgewählte Protein. Sobald das Protein markiert ist, [some] Zellmaschinen, genannt [a] Das Proteasom erkennt das Tag und schneidet das Protein in Hunderte von Stücken.“

Sie könnten also erwarten, dass UFO auch für LFY für Zerstörung steht. Normalerweise sollte es auch das LFY-Protein abbauen. Im Fall von LFY stellten wir jedoch fest, dass der Fremdkörper eine völlig andere Funktion hatte – die Bindung an eine DNA-Region, die für LFY allein nicht zugänglich war.

Wenn sich ein LFY und ein UFO treffen, kleben sie DNA in die Nähe von Genen, die notwendig sind, um die Blütenblätter und Staubblätter zu bilden.

Barsi und sein Team begannen ihre Forschung vor vier Jahren mit der Massenproduktion des Fremdkörperproteins in Insektenzellen. „Das war eine ziemliche Herausforderung, denn der Fremdkörper ist eines der am schwierigsten künstlich herzustellenden Proteine“, sagte Barsi.

Überall wo es Blumen gibt

Es stellt sich heraus, dass der Fremdkörper keine anderen Proteine ​​zerstören muss, um mit LFY zu arbeiten. Wir haben es dann modifiziert, indem wir die F-Box-Domäne entfernt haben, die für den Abbau von Partnerproteinen verantwortlich ist. Zu unserer Überraschung entdeckten wir, dass das Protein, obwohl seine mutmaßliche Hauptfunktion entfernt worden war, immer noch gut mit dem LFY-Protein zusammenarbeitete.“ Das Experiment zeigte, dass das UFO-Protein nur wenige andere Funktionen erfüllt, als Proteine ​​zur Zerstörung anzuvisieren.

Dieses Add-On scheint die Veränderung der DNA-Sequenzen zu beinhalten, an denen sich Levy festhält. Die Forscher erhielten mithilfe der Elektronenmikroskopie eine 3D-Struktur der Wechselwirkung zwischen LFY und UFO und den DNA-Regionen, an die sie binden. Wenn UFO und LFY zusammenarbeiten, sind sie laut Parcy in der Lage, sich an DNA-Regionen zu binden, die für die Bildung von Blütenblättern und Staubblättern verantwortlich sind. Keines dieser Proteine ​​kann sich alleine an diese DNA anheften.

„Das bedeutet, dass jedes Protein zwar die Fähigkeit hat, eine DNA-Region schwach zu berühren, aber wenn es kombiniert wird, seine Stärke erhöht und eine Wechselwirkung mit einer neuen DNA-Vorlage auslöst“, sagte er.

Die LFY-UFO-Assoziation ist in allen Blütenpflanzen vorhanden. Auch in Reis haften zwei Proteine, LFY und UFO, aneinander, um es ihnen zu ermöglichen, neue DNA-Regionen zu binden, was zur Entwicklung des Teils der Pflanze führt, der seine Körner trägt, die so genannte Rispe.

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Laut Parcy wissen wir derzeit nicht, warum das UFO-Protein weiterhin eine F-Box-Domäne besitzt, die bei seiner Interaktion mit LFY keine Rolle spielt.

„Wenn diese Domäne völlig nutzlos wäre, hätte die Evolution sie entfernt. Die Tatsache, dass sie immer noch da ist, bedeutet, dass sie eine Rolle spielt, die noch entdeckt werden muss. Vielleicht spielt das UFO eine Rolle beim Abbau anderer Proteine. Wir wissen es nicht Aber was wir mit Sicherheit sagen können, ist, dass diese Funktion nicht notwendig ist, um Blütenblätter und Staubblätter herzustellen.“

Es ist jedoch nicht das einzige Geheimnis, das Blumen umgibt. Eines der großen Rätsel ist, was den Ursprung der Blumen verursacht hat, insbesondere angesichts der Tatsache, dass die Verbindung zwischen LFY und UFO vor der ersten Blume zu liegen scheint. Unsere Studie weist darauf hin, dass dieser Teilungsmechanismus bereits in Nacktsamern wie Nadelbäumen sowie in Farnen vorhanden war. „Sie muss eine andere Rolle gespielt haben, als es keine Blumen gab“, sagte Barsi.

Obwohl es Hypothesen darüber gibt, warum Blumen vor mehr als 130 Millionen Jahren entstanden sind, bleibt die Antwort schwer fassbar.

Das UFO ist nicht das einzige Protein, das zusätzliche Arbeit leistet. Laut Christine Foer, Professorin für Pflanzenwissenschaften an der Universität Birmingham, erfüllen viele Proteine ​​wichtige Funktionen zusätzlich zu denen, für die sie zuerst beschrieben wurden.

sagte Foyer, der nicht Teil der Forschung war.

Pflanzen der Natur, 2023. DOI: 10.1038/s41477-022-01336-2