Aarhus University Seal / Aarhus Universitets segl
imported:mb.au.dk:3:Research Forskning

Ny indsigt i sukkertransport grundlæggende for planters vækst

Forskere fra Aarhus Universitet har beskrevet banebrydende resultater inden for sukkertransport i planter. Resultaterne er baseret på nye strukturer af et sukkertransportprotein, der er ansvarlig for sukkeroptag i planteorganer som blomster, frø og frugt. Undersøgelsen giver en omfattende indsigt i mekanismerne bag denne sukkertransport. Fremtidig forskning kan drage fordel af disse opdagelser til at løse udfordringer som fødevaresikkerhed gennem forbedring af afgrøder.

Ny indsigt i sukkertransport grundlæggende for planters vækst
Figur: Rune Kidmose

Sukkertransport i planter

Sukkertransportproteiner (STP'er) i planter er ansvarlige for transport af glukose. De driver sukkerimport til planteorganer såsom frø, pollen og frugt og er afgørende for korrekt vævsudvikling. Desuden bruges kontrol af sukkeroptagelse gennem STP'er af planter som en forsvarsstrategi mod mikrobiel infektion, Ved at fjerne sukker fra inficeret væv bruger planten  udsultning og konkurrence om sukker til at begrænse mikrobiel vækst.

Resultaterne er en fortsættelse af tidligere forskning i lektor Bjørn Panyella Pedersens forskningsgruppe ved Institut for Molekylærbiologi og Genetik, Aarhus Universitet. En stor udfordring inden for forskningsområdet har været at få strukturer af STP'er i forskellige stadier under transport.

Ph.d.-studerende og førsteforfatter til den videnskabelige artikel Laust Bavnhøj uddyber: ”STP’erne er meget dynamiske membranproteiner, der ændrer sig meget under transport. Denne fleksibilitet er nøglen til deres funktion, men udgør en stor udfordring for os, da stabilisering er nødvendig for at få strukturer ved røntgenkrystallografi. Dette var særligt vigtigt for dette studie, da vi havde brug for proteinet i flere meget specifikke stadier for at besvare vores forskningsspørgsmål. Baseret på vores tidligere arbejde kunne vi designe mutationer, der modarbejdede en udadrettet tilstand og dette tillod os at bryde fri af dødvandet og skubbe proteinet ind i den ønskede indadvendte tilstand."

De nye resultater præsenterer to strukturer af Arabidopisis thaliana  STP10. Strukturerne repræsenterer to centrale stadier, der er nødvendige for at forstå substrat- og protontransport på tværs af cellemembranen og ind i cellen.

Struktur og dynamik hånd i hånd

I et samarbejde med professor Birgit Schiøtts forskningsgruppe fra Institut for Kemi ved Aarhus Universitet brugte forskerne flere uafhængige og også helt nye banebrydende metoder inden for dynamisk modellering af proton-binding ved hjælp af Molecular Dynamics til at undersøge protonbinding. Struktur og dynamik analyserne - kombineret med en omfattende biokemisk karakterisering af STP10 - understøtter en transportsmekanisme, der forbinder bindingen af sukker til bindingen af protoner. Sammen giver resultaterne det første bevis for de strukturelle elementer, der er nødvendige for sukkertransport for alle STP'er og andre relaterede proteinfamilier.

"Ved at kombinere disse metoder kunne vi identificere centrale elementer, der er vigtige for sukkertransport, og det lykkedes os også at opdage nye mekanismer for transportregulering, der ser ud til at være velbevaret inden for sukkertransport i alle grupperinger af liv," fortæller Bjørn Panyella Pedersen. "Vi fandt for nyligt, at denne reguleringsmekanisme også findes i sukkertransport i mennesker, og disse nye resultater understøtter dermed ideen om en generel mekanisme inden for sukkertransport, der er bevaret på i alle afkroge af det evolutionære træ."


Supplerende oplysninger

Vi bestræber os på, at alle vores artikler lever op til Danske Universitetersprincipper for god forskningskommunikation. På den baggrund er artiklen suppleret med følgende oplysninger:

Studietype: Eksperiment

Samarbejdspartnere:

Department of Molecular Biology and Genetics, Aarhus University; Department of Chemistry, Aarhus University.

Finansiering:

This work was supported by funding from the Danish Council for Independent Research (grant agreement no. DFF-4002-00052), the Carlsberg Foundation (CF17-0180) and an AIAS fellowship to B.P.P. Novo Nordisk Foundation (NNF18OC0052988), the Villum Foundation (project number 34326) and the Independent Research Fund Denmark, Natural Sciences (7014-00192B) supported J.C.F.-C. Computations were performed at the Grendel-S cluster of the Centre for Scientific Computing Aarhus (CSC-AA) and made possible by a grant from the Novo Nordisk Foundation (NNF18OC0032608).

Interessekonflikter: Ingen

Link til den videnskabelige artikel:

Molecular mechanism of sugar transport in plants unveiled by structures of glucose/H+ symporter STP10

Laust Bavnhøj, Peter Aasted Paulsen, Jose C. Flores-Canales, Birgit Schiøtt & Bjørn Panyella Pedersen

DOI: https://doi.org/10.1038/s41477-021-00992-0


Kontakt:

Bjørn Panyella Pedersen
Institut for Molekylærbiologi og Genetik, Aarhus Universitet

bpp@mbg.au.dk – 2972 3499