p A fertilização em plantas com flores ocorre pela entrega de células de esperma ao óvulo pelo crescimento preciso dos tubos polínicos a partir do pólen. A orientação do tubo polínico desempenha um papel crucial no controle do crescimento dos tubos polínicos e um peptídeo atraente LURE do tubo polínico é secretado pelas células sinérgicas próximas à célula-ovo dentro do óvulo para levar a uma fertilização bem-sucedida. LURE é específico para cada espécie de planta e, portanto, é responsável pela fertilização entre as mesmas espécies. p LURE1 já foi identificada em uma planta modelo Arabidopsis thaliana, e há relatos da presença de receptores no tubo polínico responsáveis ​​pela detecção do LURE1. O modelo de chave e fechadura ilustra a relação entre o peptídeo LURE (ligante) e seu receptor. Até agora, os pesquisadores não sabiam a qual receptor LURE se liga, ou como isso acontece.

p A fim de identificar o receptor exato no tubo polínico para LURE, Tetsuya Higashiyama, um professor da Universidade de Nagoya e seus colaboradores na Universidade de Tsinghua, que têm experiência em biologia estrutural de ligantes e receptores de plantas, realizaram análises dos complexos por cristalografia de raios-X. A equipe examinou a proteína que se liga ao LURE ao fazer o LURE de Arabidopsis thaliana e seu receptor de proteína por meio de culturas de células de insetos. Como resultado, eles foram capazes de determinar que o LURE se liga especificamente a um receptor de proteína chamado PRK6 (quinase semelhante ao receptor de pólen 6) no tubo polínico. Os resultados deste estudo são relatados em Nature Communications .

p A equipe de pesquisa conseguiu obter e analisar a estrutura cristalina do LURE ligado ao receptor PRK6. Como resultado de suas análises, eles descobriram que o LURE é ligado ao ser inserido entre a região de repetição rica em leucina e a região transmembrana do receptor PRK6.

p LURE está ligado a uma região próxima à membrana de PRK6. Essa região é chamada de região do loop e a equipe identificou que a interação eletrostática entre a carga positiva de LURE e a carga negativa na região do loop de PRK6 foi significativa para a ligação. Além disso, eles também foram capazes de mostrar que uma ponte dissulfeto é formada na região do laço PRK6 após a ligação de LURE. Esta ponte entre os resíduos de cisteína contribui para a estabilização da região do laço que desempenha um papel significativo para a ligação ao LURE.

p Relatórios anteriores mostraram que a ligação entre peptídeos e receptores em plantas ocorre principalmente na região de repetição rica em leucina. Em segundo lugar, quando uma molécula de ligante se liga a um receptor na região externa da célula, um complexo geralmente é formado para comunicar sinais dentro da célula. Por outro lado, a ligação entre LURE e PRK6 ocorreu em uma posição diferente do que foi relatado em plantas até agora, e nenhum complexo foi feito na ligação. Este esquema de ligação exclusivo entre LURE e PRK6 parece refletir o mecanismo de controle preciso da direção do crescimento do tubo polínico.

p Depois de olhar mais de perto a ligação entre LURE e a região de loop de PRK6, eles foram capazes de identificar os aminoácidos relevantes necessários para a ligação. A equipe testou o grau de ligação e a orientação do tubo polínico alternando os aminoácidos, e descobriram que tanto a arginina (R83) localizada em LURE e o ácido aspártico (D234) em PRK6 eram importantes.

p "Nosso laboratório tem trabalhado intensamente para identificar o peptídeo atraente do tubo polínico LURE e sua proteína receptora PRK6, e desta vez, fomos capazes de determinar a estrutura cristalina do complexo ligado a LURE para provar que PRK6 é o receptor real de LURE, "diz Higashiyama." Por meio de sua interação com o receptor PRK6, descobrimos que LURE é capaz de mudar a direção do crescimento do tubo polínico em direção ao óvulo, mas ainda não temos certeza de como o LURE é capaz de controlar a direção do crescimento com tanta precisão, "explica Higashiyama.

p "Demonstramos que PRK6 tende a se concentrar em LURE, então pode ser que após a ligação de LURE na região de loop de PRK6, PRK6 muda seu comportamento na ponta do tubo polínico. Ao realizar observações em tempo real das atividades moleculares de LURE e PRK6 na superfície dos tubos polínicos, esperamos entender o mecanismo exato de orientação do tubo polínico. "

p O peptídeo LURE e o receptor PRK6 atuam como uma chave e uma fechadura, que é específico para cada espécie de planta. Higashiyama e seu grupo prevêem que este trabalho ajudará a revelar por que a orientação do tubo polínico é bem-sucedida entre as mesmas espécies e é difícil entre espécies diferentes.

p "Esperamos ser capazes de projetar sistemas específicos de 'chave e trava' para que a orientação do tubo polínico se torne eficiente entre as diferentes espécies de plantas, e pode levar a uma hibridização bem-sucedida entre diferentes espécies, "diz Higashiyama." Plantas como o pão de trigo, semente de estupro, e o algodão são espécies importantes que surgiram como resultado de cruzamentos. Acreditamos que nossa pesquisa será significativa para a geração de espécies de plantas cruzadas especificamente projetadas. "