分子信号如何帮助植物细胞决定何时制造油

美国能源部布鲁克海文国家实验室的一项研究确定了糖信号分子如何帮助调节植物细胞中石油产量的新细节。正如“植物细胞”杂志上发表的一篇论文所述，这项工作可以指出工程设计工厂生产大量石油用作生物燃料或生产其他油基产品的新方法。

该研究建立在Brookhaven Lab生物化学家John Shanklin领导的先前研究的基础上，该研究在感知植物细胞中糖水平的蛋白质复合物(特别是称为KIN10的亚基)与另一种用作石油生产“开关”的蛋白质之间建立了明确的联系( WRINKLED1)。利用这些知识，Shanklin的团队最近证明，他们可以使用增加植物叶片中糖积累的遗传变异组合来推动石油生产。这项新工作提供了对糖信号与石油生产之间联系的更详细的了解，准确地确定了哪些分子调节平衡以及如何调节。

“如果你是一个细胞，你想知道你是应该制造新化合物还是破坏现有化合物，”尚克林说。“制造石油是非常苛刻的;当你有足够的能量时，你想要制造它 - 在细胞中用可用的糖量来衡量。通过了解糖的可用性如何驱动石油生产，我们希望找到让植物生长的途径提高制油的重点。“

该团队早期的研究揭示了糖 - 油平衡法的一些关键生化细节。具体而言，他们发现当糖含量较低时，糖传感复合物的KIN10部分会通过触发油“开”开关(WRINKLED1)的降解而关闭石油生产。高糖水平以某种方式阻止了这种降解，使开关蛋白稳定化以产生油。但是科学家并不确切地知道如何。

对于这篇新论文，第一作者Zhiyang Zhai和Jantana Keereetaweep进行了详细的调查，以揭示这些分子参与者如何在糖丰富时相互作用以推动石油生产。

该团队使用了一种名为微尺度热泳的新兴技术，该技术使用荧光染料和热量来精确测量分子相互作用的强度。

“你用荧光染料标记分子并测量它们如何远离热源，”Shanklin解释说。“那么，如果添加另一种与标记分子结合的分子，它会改变标记分子远离热量的速度。”

“Jan和Zhiyang将这种新技术快速应用于这个棘手的研究问题是解决这个问题的关键，”Shanklin说。

研究中包括的物质是一种称为海藻糖6-磷酸(T6P)的分子，其水平与糖的水平一起上升和下降。该研究显示T6P直接与糖敏感复合物的KIN10组分相互作用。并且它显示了这种结合如何干扰KIN10关闭油生物合成的能力。

“通过测量许多不同分子之间的相互作用，我们确定糖信号分子T6P与KIN10结合并干扰其与此过程中先前未识别的中间体的相互作用，称为GRIK1，这是KIN10标记WRINKLED1所需的这可以解释信号如何影响事件链并导致石油产量增加，“尚克林说。“它不仅仅是糖，而是糖的上升和下降的信号分子，抑制了油的关闭机制。”

为了将这些知识付诸行动以增加石油产量，科学家们将需要更多的细节。因此，下一步将近距离观察T6P与Brookhaven国家同步加速器光源II(NSLS-II)中的目标蛋白KIN10的相互作用。DOE科学办公室的用户设施产生极其明亮的X射线，团队将用它来准确揭示相互作用的分子如何组合在一起。

“在布鲁克海文实验室使用NSLS-II，我们处于完美的地方，可以将这项研究带入下一阶段，”尚克林说。“Light Source提供了独特的工具，可以让我们在我们发现的交互中添加原子级细节。”

这些细节可以指出改变KIN10，T6P靶蛋白序列的方法，以模拟相互作用的影响，并修改细胞的调节电路以优先考虑油的生产。