Идентификация клеткой нового агониста рецептора гиббереллина, дифегарактина

Mar 16, 2023

Биология связи, том 6, Номер статьи: 448 (2023) Цитировать эту статью

593 доступа

6 Альтметрика

Подробности о метриках

Гиббереллин (ГА) – фитогормон, регулирующий различные процессы развития в течение жизненного цикла растений. В этом исследовании мы идентифицируем новый агонист GA, дифегарактин, используя систему скрининга лекарств на основе бесклеточной пшеницы с рецептором GA винограда. Система анализа GA-зависимого взаимодействия с использованием рецепторов GA и белков DELLA из Vitis vinifera была создана с использованием технологии AlphaScreen и белков, полученных бесклеточным способом. Из библиотеки химических соединений было обнаружено, что дифегарактин усиливает взаимодействие между рецепторами GA и белками DELLA винограда in vitro. В винограде мы обнаружили, что дифегарактин вызывает удлинение грозди и увеличивает концентрацию сахара в ягодах винограда. Кроме того, дифегарактин проявляет GA-подобную активность, включая содействие удлинению корней у салата и арабидопсиса, а также уменьшение пигментации кожуры и подавление вздутия кожуры у цитрусовых. Насколько нам известно, это исследование является первым, в котором удалось успешно идентифицировать агонист рецептора GA, проявляющий GA-подобную активность в сельскохозяйственных растениях, с использованием системы молекулярно-направленного скрининга лекарств in vitro.

Гиббереллин (ГК) – фитогормон, вырабатываемый растениями и некоторыми микроорганизмами, включая грибы и бактерии, который регулирует широкий спектр процессов развития на протяжении всего жизненного цикла растений1. Хотя ГК составляют группу из более чем 100 структурно родственных соединений, содержащих энт-гиббереллановый скелет, только некоторые ГК, такие как GA1, GA3, GA4 и GA7 (рис. 1а), обладают биологической активностью2. GA1, GA4 и GA7 являются основными природными биоактивными ГК, а GA3 является вторичным метаболитом гриба Gibberella fujikuroi3. Органический синтез природных биоактивных ГК затруднен сложными производственными процессами2. GA3, выделенный из грибов, широко используется в области сельского хозяйства и садоводства в качестве регулятора роста растений. Таким образом, GA3 является единственным GA, в котором метод производства основан на глубинной ферментации.

Структуры ГА. б Принцип анализа взаимодействия между GID1 и DELLA с использованием системы AlphaScreen. Биотинилированный белок GID1 связывается со стрептавидином на донорских шариках с чрезвычайно специфичной и высокой аффинностью. Покрытые белком А акцепторные шарики объединяли с меченным FLAG белком DELLA с использованием антитела против FLAG. Комплекс GID1-DELLA образует большой комплекс с двумя типами шариков через антитело и стрептавидин. После освещения при длине волны 680 нм шарик-донор преобразует кислород окружающей среды в синглетный кислород, а синглетный кислород переносится для активации шарика-акцептора и впоследствии излучает свет с длиной волны 520–620 нм. в Синтез белков VvGID и VvDELLA. Биотинилированные белки VvGID1 и меченные FLAG VvDELLA синтезировали с использованием бесклеточной системы пшеницы. Синтез этих белков был подтвержден иммуноблоттингом с использованием антител против биотина и против FLAG. d Анализ взаимодействия между белками VvGID1a и VvDELLA. Взаимодействие VvGID1a с белками VvDELLA анализировали с помощью системы AlphaScreen с использованием ГК в различных концентрациях. Данные показаны как средние и отдельные точки данных из трех независимых экспериментов. e Анализ взаимодействия между белками VvGID1b и VvDELLA. Взаимодействие VvGID1b с белками VvDELLA анализировали с помощью системы AlphaScreen с использованием ГК в различных концентрациях. Данные показаны как средние и отдельные точки данных из трех независимых экспериментов.

В качестве типичного применения в сельском хозяйстве GA3 широко используется для стимулирования прорастания семян, удлинения стебля, цветения, созревания плодов и производства бессемянных плодов4,5. Однако эффекты GA3 часто зависят от вида растения6. В случае винограда без косточек GA3 не может вызвать бессемянный признак у некоторых сортов. Хотя причина этого неуловима, возможным объяснением может быть катаболизм растительных ферментов. Фактически, 2,2-диметил GA4, который не катаболизируется GA 2-оксидазами, ферментами инактивации GA, продемонстрировал высокую и непрерывную активность удлинения стебля у риса и кукурузы7. Следовательно, агонисты ГА, имеющие структуру, отличную от ГА, могут быть эффективны даже в этих случаях. Поскольку агонисты ГК, не имеющие энт-гибберелланового скелета, все еще ограничены (AC-943778, 67D9, аналог гельминтоспоровой кислоты10), в мировой сельскохозяйственной отрасли ожидается разработка новых агонистов ГК со структурой, отличной от ГК.