[Nature Two] Ciężki! Odkryto dwa termoreceptory w roślinach!

1. 15 maja 2024 r. Nature opublikowało online artykuł zatytułowany „Czujnik temperatury TWA1 jest wymagany do termotolerancji u Arabidopsis” ze współpracy Erwina Grilla i Alexandra Christmanna z Uniwersytetu Technicznego w Monachium, Niemcy. termotolerancja u Arabidopsis”. Badanie ujawnia, że ​​TWA1 jest wyczuwającym temperaturę współregulatorem transkrypcyjnym u Arabidopsis, który jest wymagany do podstawowej i nabytej termotolerancji u Arabidopsis (Arabidopsis thaliana).

Badanie to pokazuje, że TWA1 jest nieuporządkowanym białkiem, którego krytyczna funkcja wykrywania temperatury jest pośredniczona przez wysoce zmienny region N-końca. W wysokich temperaturach TWA1 w roślinach zmienia konformację, a następnie wchodzi w interakcję z czynnikiem transkrypcyjnym podobnym do MYC związanym z jasmonianem JAM oraz TPL i TPR, aby utworzyć kompleks represyjny.

2. W lipcu 2020 r. w czasopiśmie Nature opublikowano online artykuł badawczy zatytułowany „Domena podobna do prionu w ELF3 działa jako czujnik temperatury w Arabidopsis” autorstwa grupy Philipa A. Wigge'a z University of Cambridge w Wielkiej Brytanii. Domena podobna do prionu w ELF3 działa jako czujnik temperatury w Arabidopsis”. Badanie ujawnia, że ​​białko ELF3 w Arabidopsis thaliana zawiera domenę podobną do prionu (PrD), która wyczuwa temperaturę zewnętrzną w wysokich temperaturach poprzez przejście fazowe, które umożliwia ELF3 szybkie przełączanie się między stanami aktywnymi i nieaktywnymi.

W Arabidopsis, Evening Complex (EC), centralny składnik zegara biologicznego, hamuje transkrypcję PIF4/5 w nocy, powodując, że tempo wzrostu hipokotyli roślin osiąga szczyt o świcie. Składa się z kompleksu trzech białek, w tym białek rusztowania i trzech białek, takich jak reagujące na temperaturę ELF3, białko małej helisy ELF4 i białko wiążące DNA LUX. Jedno z nich, ELF3, zawiera sekwencje powtórzeń poliglutaminy (poliQ), które prawdopodobnie są regionami domen strukturalnych prionów (PRD). Ponadto wcześniej stwierdzono, że ELF3 w różnych ekotypach Arabidopsis z naturalnych populacji zawierał powtórzenia poliQ o długości od 7 do 29 i były związane ze zmiennością fenotypową.

W tym badaniu najpierw zbadano, czy długość sekwencji powtórzeń polyQ wpływa na aktywność ELF3? Wyniki pokazały, że transgeny ELF3 uzupełniające różne długości polyQ w mutancie elf3-1 były bardziej wrażliwe na temperaturę przy dłuższych długościach, co sugeruje, że PrD ELF3 w Arabidopsis odgrywa rolę w wykrywaniu temperatury u Arabidopsis. Ponadto w tym badaniu stwierdzono, że StELF3 z ziemniaka uprawianego w klimacie umiarkowanym ma mniejszy przewidywany PRD w porównaniu z Arabidopsis, podczas gdy BdELF3 z dwuliściennych trzcin nie ma przewidywanego regionu PRD, a oba jego białka nie są termoreaktywne u Arabidopsis w temperaturze 27 stopni Celsjusza. Ponadto potwierdzono, że PrD z Arabidopsis jest termoreaktywny przez chimeryczny ELF3-BdPrD wykazujący tłumienie kwitnienia wrażliwego na temperaturę. Ponieważ ELF3 jest represorem transkrypcyjnym zależnym od temperatury, badanie to potwierdziło, że zajmowanie przez ELF3 genów docelowych zmienia się wraz ze wzrostem temperatury i że proces ten zależy od PrD, co sugeruje, że PrD bezpośrednio reguluje termoreaktywność wiązania ELF3 z genami docelowymi (patrz poniżej).

Następnie badanie sprawdzało, czy temperatura bezpośrednio reguluje aktywność ELF3? Dlatego też badanie skonstruowało transgeniczne rośliny z białkiem fuzyjnym ELF3-GFP, które wykazały rozproszony sygnał ELF3-GFP przy 17 stopniach, podczas gdy wiele jasnych punktów powstało przy 35 stopniach, a zwiększenie długości polyQ również doprowadziło do większej tendencji do tworzenia punktów. Dalsze badania oczyściły ELF3 PrD połączone z GFP (PrD-GFP) i stwierdzono, że ELF3 PrD było bardziej rozpuszczalne w niskich temperaturach, podczas gdy zmniejszające się stężenie soli i pH indukowało przemianę fazową PrD-GFP w celu utworzenia mikrometrowych kulistych kropelek, które uległy rozdzieleniu faz, przy temperaturze punktu środkowego wynoszącej 28,7 ± 1,8 stopnia. Powyższe wyniki ilustrują, że ELF3 jest w stanie przyjąć dwie konformacje, aktywną formę rozpuszczalną i formę multimeryczną wyższego rzędu, w której jasne punkty można zobaczyć w wyższych temperaturach, z których obie są odwracalne.