Investigadores da Universidade de Nagoya, Xapón, descubriron un mecanismo para o transporte selectivo de azucre e hormonas nas plantas. Os resultados tamén aclaran que o transporte de azucre é necesario para a fertilidade masculina nas plantas, o que significa a produción de pole. Os resultados foron publicados en Proceedings, da Academia Nacional de Ciencias.
Os transportadores son proteínas que existen nas membranas celulares. Cada transportador únese a a substrato e lévao a través da membrana celular. Algúns transportadores levan nutrición, mentres que outros transportan moléculas que, por exemplo, axudan ás células a comunicarse entre si. Unha clase de transportistas atopados en ambos plantas e os animais é Sugars Will Eventually Be Exported Transporter (DOCE). SWEET distribúe azucre, como sacarosa, nas plantas. Unha vez que o DOCE se une á sacarosa, móvese pola planta, distribuíndoa para que a planta poida nutrirse e medrar. Aquí, a sacarosa, que é transportada polo transportador, chámase substrato.
É importante destacar que SWEET ten máis dun substrato. Por exemplo, algúns tipos de DOCE en plantas Arabidopsis tamén transporte unha hormona chamada xiberelina (GA), que controla crecemento das plantas e reprodución. Estes tipos de DOCE teñen a capacidade de transportar sacarosa e GA, pero non se entende a relevancia fisiolóxica das súas respectivas actividades de transporte. Tanto a sacarosa como a GA son esenciais para o crecemento e desenvolvemento das plantas, e cada unha ten unha estrutura única.
"Non estaban claros como SWEET pode unirse a estas dúas estruturas diferentes e como SWEET selecciona para transportar sacarosa ou GA", dixo o doutor Masayoshi Nakamura, profesor asociado designado do Instituto de Bio-Moléculas Transformadoras (WPI-ITbM). na Universidade de Nagoya.
Ademais, cando algúns tipos de DOCE mutan nas plantas, a planta vólvese estéril masculino, o que significa que non pode producir pole. Non obstante, as razóns desta esterilidade non estaban claras. Pode ser debido a unha falta de transporte de sacarosa, a falta de transporte de GA ou ambos. Para examinar estas preguntas, un equipo de investigación dirixido polo doutor Nakamura combinou a simulación de dinámica molecular con metodoloxías xenéticas clásicas. Nos seus experimentos, centráronse nun tipo de DOCE chamado SWEET13, que se sabe que transporta sacarosa e GA, e tamén é necesario para fertilidade masculina.
Para comprender como a sacarosa e o GA se unen a SWEET e son transportados por el, primeiro realizaron unha técnica chamada simulación dinámica molecular. Esta técnica simulou un atraque entre SWEET13 e sacarosa, e un atraque entre SWEET13 e GA, en función das súas estruturas. Usando estas simulacións computacionais, os investigadores predixiron aminoácidos en SWEET13 que recoñecen sacarosa e GA.
Posteriormente, utilizando cultivos celulares, confirmaron se estes aminoácidos eran necesarios para as actividades de transporte de sacarosa e GA de SWEET13. Un sitio particular de SWEET13 cun aminoácido chamado asparaxina e serina foi importante para as actividades de transporte de sacarosa e GA, respectivamente.
A continuación, para aclarar como se produciu a esterilidade masculina, os investigadores substituíron un dos aminoácidos mencionados, xerando SWEET que só transporta sacarosa e SWEET que só transporta GA. Con SWEET que só transporta sacarosa pero non GA, a planta produciu pole. Non obstante, con SWEET que transporta só GA pero non sacarosa, a planta non puido producir pole. Estes resultados significan que é o transporte de sacarosa de SWEET, non GA, o que é necesario para a produción de pole.
"Ao combinar o acoplamento molecular, a simulación de dinámica molecular e as metodoloxías xenéticas, probamos con éxito a selectividade dos substratos [é dicir, sacarosa e GA] por separado", dixo o doutor Nakamura. Ademais, hai outros transportadores ademais do SWEET que levan múltiples substratos diferentes. "As nosas metodoloxías poden examinar outros transportadores e substratos, e iso faría avanzar na investigación sobre transportadores", dixo.
Comprender máis sobre o transporte de azucre e hormonas nas plantas podería levar a métodos agrícolas mellorados que sexan máis eficientes e sostibles que as prácticas actuais.