Как растения защищаются от ультрафиолета

С незапамятных времён для защиты от ультрафиолета растения пользуются любопытным белком, который совмещает в себе функции УФ-чувствительного сенсора и генетического регулятора, контролирующего работу свыше сотни генов.

Его роль была определена 10 лет назад, когда удалось получить растения с мутированным геном UVR8. Такие растения крайне плохо росли, если на них падал свет с ультрафиолетом В: именно эта разновидность УФ-излучения «сжигает» нам кожу. Удалось выяснить, что UVR8 регулирует активность более сотни генов, которые вместе прикрывают растение от пагубного эффекта ультрафиолета. Но самым удивительным качеством белка оказалось то, что он одновременно выполняет совершенно разные функции — «чувствует» ультрафиолет и работает молекулярным переключателем для генов.

Исследователи из Института Скриппса (США) опубликовали в журнале Science статью, в которой описывают структуру UVR8.

Рентгеноструктурный анализ показал, что белок является димером, то есть состоит из двух одинаковых бубликообразных субъединиц. Субъединицы эти соединены очень слабыми электростатическими взаимодействиями. А поверхности, которыми они соприкасаются, изобилуют ароматическими остатками аминокислоты триптофана. Связи между триптофанами разных субъединиц образуют особенные, пирамидообразные микроструктуры. Такие объединённые триптофаны служат сенсорами УФ-излучения. Впитывая энергию излучения, триптофаны ослабляют связь белковых субъединиц, и белковые «бублики», разойдясь, отправляются в ядро давать руководящие указания генам. Спустя несколько часов они могут снова соединиться, и получившийся комплекс опять будет готов отслеживать интенсивность ультрафиолета, поступающего в клетку.

Авторы статьи подчёркивают, что случай UVR8 уникален: обычно такие системы состоят из специализированной сенсорной молекулы, которая воспринимает сигнал и передаёт его регуляторной молекуле, руководящей генной машинерией. UVR8 же объединяет эти две весьма различные функции. Для окончательного подтверждения результатов учёные заменили в молекуле белка триптофаны на аминокислоту фенилаланин. Мутантный белок сохранил чувствительность к ультрафиолету, но теперь реагировал на другую область спектра — на более короткий ультрафиолет С.

Несмотря на свою уникальность, такая система защиты обладает солидным возрастом: UVR8 обнаружили даже у таких эволюционных старожилов, как водоросли и мхи. По-видимому, это молекулярный «солнцезащитный крем» оказался настолько эффективен, что у растений за всю долгую историю не возникло не малейшего повода, чтобы от него избавиться.