Nytt håp for utvikling av planter som tåler tørke
Tørke utgjør et stadig økende problem over hele verden og er hovedårsaken til avlingssvikt. Av denne grunn er det et økt behov for å utvikle planter med stor evne til å overleve i tørkeperioder. Vi har funnet ut at NatA kontrollerer plantenes stress ved tørke. Ved å målstyre NatA-enzymet kan man dermed utvikle planter som er levedyktige under langvarige tørkeperioder.
Hovedinnhold
N-terminal acetylering er en vanlig modifisering som forekommer på mer enn 80 % av alle humane proteiner. N-terminal acetyltransferase enzym (NAT’er) katalyserer denne reaksjonen, og fester en liten merkelapp (en acetyl-gruppe) til den første aminosyren (N-terminalen) på det ny-syntetiserte proteinet. Per dags dato er det blitt identifisert 6 forskjellige NAT’er (NatA-F), der NatA er hovedkomplekset og acetylerer et stort antall cellulære proteiner. NatA er medvirkende i kreftutvikling samt andre sykdommer (1, 2), og demonstrerer således den fysiologiske betydningen av N-terminal acetylering.
Denne uken ble en molekylær kobling mellom N-terminal acetylering og tørketoleranse presentert i Nature Communications. Et lag bestående av Markus Wirtz og hans gruppe ved Universitetet i Heidelberg, og samarbeidspartnere fra Institut des Sciences du Végégal, Universitetet i Stavanger, Max Planck institutt for Kjemisk Økologi, og Universitetet i Bergen Molekylærbiologisk Institutt v/forskerne Line M. Myklebust og Thomas Arnesen (https://www.uib.no/rg/nat) avslørte NatA sine essensielle funksjoner i kontroll og regulering av metabolisme, utvikling og cellulære stress-responser i planter. Plante NatA modifiserer 50 % av alle løselige proteiner, og NatA er evolusjonært bevart innenfor høyere eukaryoter. Plante NatA ble videre vist å være nødvendig for korrekt embryogenese. Dersom man fjernet den katalytisk aktive subenheten Naa10 eller den regulatoriske subenheten Naa15 fra NatA komplekset, førte dette til både redusert N-terminal acetylering av proteomet og redusert plantevekst, men økt og tilpasset rotlengde på plantene og dermed et forbedret vannopptak sammenlignet med normale planter. Det er svært interessant at dette fører til planteoverlevelse under lengre tørkeperioder, en prosess som går gjennom aktivering og kontroll av hormonet abscisinsyre (ABA), et hormon som regulerer transkripsjon av tørke-/stressrelaterte gener og rotforgrening. Faktisk er dette det første studiet som beskriver en hormon-regulert tilpasning av N-terminal acetylering under miljøforandringer. NatA N-terminal acetylering ble vist å være en dynamisk ABA-regulert prosess der NatA fungerer nedstrøms for ABA ved starten av en tørke-/stressrespons.
Tørke er hovedårsaken til avlingssvikt i verdens jordbruk. Vi demonstrerer her den essensielle betydningen av NatA N-terminal acetylering - en hormonregulert bryter ved tørke-mediert stress. Denne mekanismen kan anvendes i genetisk utvikling av planter til bruk i tørkeutsatte områder - et behov som vil bli stadig tydeligere med den globale oppvarmingen.
NAT gruppen mottar forskningsstøtte fra Bergens Forskningsstiftelse, Norges Forskningsråd, Kreftforeningen og Helse Vest.