Moderne planteenzym partnere med overraskende gammelt protein

For at udforske deres hypotese kørte forskerne en genetisk analyse for at finde andre plantearter, hvis DNA indeholdt gener, der ligner det moderne CB5D-gen, der fungerer som instruktioner til at samle CB5D-proteinet. De identificerede 21 arter, lige fra evolutionært gamle til evolutionært nyere. Forskerne syntetiserede derefter disse gener og udtrykte dem individuelt i en moderne planteart, der var genetisk ændret til at mangle CB5D-genet.

"Uden CB5D-genet syntetiserer planten kun en lille mængde S-lignin," sagde Xianhai Zhao, en postdoc-forsker ved Brookhaven og hovedforfatter på det nye papir. "Men hvis denne funktion blev genoprettet med ekspressionen af ​​et af de relaterede gener, ville vi vide, at genet fungerer på samme måde som det moderne CB5D-gen."

Forskerne opdagede, at et gen fra en grøn algeart, der udviklede sig til en tidlig landplante for over 500 millioner år siden, genoprettede S-ligninsyntesen i den moderne plante. Dette indikerede, at genet udviste CB5D-type funktionalitet. Forskerne fandt også ud af, at funktionen blev bevaret i flere tidlige landplanter, såsom leverurter og mosser.

"Det betyder, at CB5D udviklede sig millioner af år tidligere, end vi havde forventet," forklarede Liu. "Det var ret overraskende at opdage, at en moderne elektronacceptor som F5H havde samarbejdet med et gammelt protein for at udvikle nyt biokemisk maskineri, der syntetiserer den avancerede ligninstruktur."

Videnskabeligt teamwork og næste skridt

CB5D-genet og dets mere gamle modstykke indeholdt lignende DNA-sekvenser og funktioner. Men forskerne ønskede at sikre sig, at CB5D-proteinet fra en gammel art, som leverurt, blev udtrykt i de samme subcellulære strukturer som moderne CB5D.

Så de brugte konfokal mikroskopi på Center for Functional Nanomaterials, en DOE Office of Science brugerfacilitet på Brookhaven Lab, for at bekræfte, at dette var tilfældet.

Efter at have fundet ældgamle gener, der koder for proteiner, der ligner det moderne CB5D-protein med hensyn til S-ligninsyntese i moderne planter og cellulær lokalisering, ønskede teamet at lære mere om dette proteins ældgamle funktion, og hvordan det ændrede sig eller udvidede sig over tid.

Deres analyse viste, at det CB5D-lignende protein dukkede op i akvatiske alger lige før de overgik til et terrestrisk miljø. Og fordi det blev konserveret i tidlige landplanter, tjener dette protein sandsynligvis en eller flere væsentlige funktioner.

"Gamle planter som leverurt indeholdt ikke S-lignin," sagde Zhao. "Hvis proteinet af CB5D-typen ikke var ansvarlig for at syntetisere S-lignin, hvad gjorde det så?"

Liu bemærkede:"Det er det smukke ved forskning. At besvare ét spørgsmål fører dig til endnu mere interessante spørgsmål, der venter på at blive udforsket."

Flere oplysninger: Xianhai Zhao et al., Cytochrom b5-diversitet i grønne linjer gik forud for udviklingen af ​​syringylligninbiosyntese, Plantecellen (2024). DOI:10.1093/plcell/koae120

Journaloplysninger: Plantecelle

Leveret af Brookhaven National Laboratory