Исследовательская группа во главе с профессором Ли Юньхаем из Института генетики и биологии развития Китайской академии наук обнаружила ранее скрытый механизм регулирования размера рисового зерна — размер рисового зерна является ключевым фактором, определяющим урожайность и качество сельскохозяйственных культур.

Результаты исследования, опубликованные в журнале European Journal of Molecular Biology Organization, показывают, как окислительно-восстановительно-зависимые молекулярные взаимодействия действуют как «переключатели» и «ножницы» для тонкой настройки развития зерна.

Размер рисовых зерен напрямую влияет на урожайность и рыночную стоимость, и белок GS3 долгое время считается способным ингибировать удлинение рисовых зерен. Естественные мутации, снижающие активность GS3, широко используются в селекции риса для выращивания более длинных рисовых зерен. Однако точные молекулярные механизмы, контролирующие функцию GS3, до сих пор остаются неясными.

Команда обнаружила, что GS3 образует молекулярные кластеры (олигомеры) через дисульфидные связи (химические связи между атомами серы в белках). Эти кластеры ослабляют способность GS3 взаимодействовать с другим белком, регулирующим рост (субъединицей G-белка RGB1), тем самым ослабляя его ограничения на удлинение зерна.

Исследователи обнаружили, что глутатоксин под названием WG1 является молекулярной «ножницей» в этой системе. WG1 способен разрывать дисульфидные связи, связывающие кластеры GS3, и повторно превращать их в мономеры — единичные активные молекулы, способные подавлять удлинение зерна. Эта окислительно-восстановительная трансформация подчеркивает динамическую регуляторную систему, контролируемую клеточными окислительными условиями.

Исследователи также обнаружили, что богатая цистеином С-концевая область GS3 имеет решающее значение для образования кластеров, что объясняет, почему естественный вариант GS3 с усеченным хвостом приводит к более коротким зернам.

Это открытие связывает окислительно-восстановительную биологию с сельскохозяйственной наукой. "Это первое доказательство окислительно-восстановительной регуляции в сигналах белка G растений. Это проложило путь к манипулированию белковыми взаимодействиями посредством окислительно-восстановительной инженерии".

«Редактирование генов для областей GS3, богатых цистеином, позволяет обеспечить точную корректировку длины зерна — перспективная стратегия для будущего «проектирования риса» с потенциальными преимуществами для различных культур», — сказал профессор Ли Юньхай, ведущий исследователь исследования.