Исследователи говорят, что это открытие может однажды привести к увеличению урожая биомассы для возобновляемых источников энергии.Обнаружение этой связывающей мишени было серьезной проблемой для структурных биологов. Это связано с тем, что в росте клеток участвует лишь крошечное количество белка, а также потому, что клеточные стенки очень сложны, — сказала Мей Хонг, один из ведущих исследователей проекта, профессор химии Университета штата Айова и научный сотрудник Департамента энергетики США. Лаборатория Эймса.
Статья с описанием открытия «Твердотельное ЯМР-обнаружение с повышенной чувствительностью мишени экспансина в стенках растительных клеток» была только что опубликована в Proceedings of the National Academy of Sciences Online Early Edition. Ведущими авторами являются Хонг и Дэниел Косгроув, профессор и заведующий кафедрой биологии Университета Пенсильвании.
В исследовательскую группу также входят Туо Ван, аспирант химического факультета штата Айова и ассистент лаборатории Эймса; Линхао Чжун, доцент кафедры химии Пенсильванского университета в Мон-Альто; Йонг Бом Пак, доктор биологических наук в Пенсильванском университете; плюс Марк Капорини и Мелани Розей из Bruker BioSpin Corp. в Биллерике, штат Массачусетс.Исследовательский проект поддержали три гранта Министерства энергетики США.Хонг из штата Айова давно использует твердотельную ядерно-магнитную резонансную (ЯМР) спектроскопию для изучения структурной биологии, в том числе механизма, используемого вирусом гриппа для заражения клеток-хозяев.
Но в данном случае эта технология оказалась недостаточно чувствительной, чтобы идентифицировать сайт связывания белка экспансина.Поэтому исследователи, работающие со специалистами из Bruker BioSpin Corp., производителя научных инструментов, использовали технологию, называемую динамической ядерной поляризацией (DNP), для повышения чувствительности инструментов спектроскопии. Технология была разработана Робертом Гриффином, профессором химии Массачусетского технологического института.Исследователи изучили Arabidopsis thaliana, который часто используется в качестве модельного объекта в исследованиях в области растениеводства, и обнаружили, что белок связывается с определенными участками микрофибрилл целлюлозы, длинными параллельными цепочками целлюлозы, которые составляют стенки растительных клеток.
Это действие ослабляет сеть, образованную целлюлозой, гемицеллюлозой и пектинами клеточной стенки, разрыхляя клеточную стенку и позволяя клеткам расти.Исследователи обнаружили, что сайт-мишень является частью микрофибриллы целлюлозы, обогащенной ксилоглюканом гемицеллюлозы.
Целевой сайт имеет структуру целлюлозы, отличную от основной целлюлозы растения.«Получить этот результат было нетривиально, и мы очень рады, что технология ЯМР DNP так полезна для понимания этого вопроса биохимии растений», — сказал Хонг.И да, она сказала: «Наш результат можно использовать для практических целей».
Знание того, где экспансин связывается с клеточными стенками, «может помочь биохимикам разработать более мощные экспансины, которые ослабят клеточную стенку и стимулируют рост растений, а значит, лучше собирают биоэнергетику».