Многие продукты питания для человека и животных, такие как зерновые и фрукты, получают из цветущих растений. Цветки образуются из групп делящихся стволовых клеток на концах побегов, и деление этих клеток прекращается на определенной стадии развития после образования компонентов цветка.
Новое исследование, проведенное учеными из Нарского института науки и технологий (NAIST), дает новое молекулярное представление о координации этого завершения и развития, показывая взаимодействие между двумя молекулами, CRABS CLAW и TORNADO2. Результаты, опубликованные в Nature Communications, описывают ключевые молекулярные события, которые должны произойти, чтобы стволовые клетки прекратили рост и начали переход к развитию репродуктивных органов. Они показали, что растительный гормон ауксин контролирует переход от клеточного деления к репродуктивному развитию самки.
"Прекращение роста цветочных стволовых клеток и начало развития гинецея жестко регулируется в пространстве и времени. Нас интересует координация этих двух событий", - объясняет профессор NAIST Тоширо Ито. Терминация цветочных стволовых клеток зависит от активации двух генов: CRABS CLAW и KNUCKLES. Лаборатория уже сообщала о влиянии KNUCKLES на терминацию стволовых клеток, поэтому в настоящей работе основное внимание уделялось CRABS CLAW. Поэтому профессор Ито поручил своему доценту Нобутоши Ямагути подготовить семена растения Arabidopsis thaliana с мутантами CRABS CLAW и KNUCKLES.
Двойной мутант привел ученых к выводу, что регуляция терминации роста CRABS CLAW зависит от его транскрипционной регуляции белка TORNADO2. «TORNADO2 регулирует гомеостаз ауксина. Ауксин - это растительный гормон, который способствует росту верхушки стебля», - говорит Ассист. Проф. Ямагути.
Действительно, они обнаружили, что CRABS CLAW подавляет экспрессию TORNADO2 путем связывания с эволюционно консервативной областью в гене TORNADO2, предполагая, что это взаимодействие распространено у разных видов растений, помимо Arabidopsis thaliana. Далее было показано, что это репрессивное связывание влияет на экспрессию TORNADO2 и, таким образом, на распределение ауксина в цветочных почках. Исследование дает представление о том, как CRABS CLAW координирует прекращение роста цветочных стволовых клеток и развитие гинецея.
«Мы обнаружили, что CRABS CLAW модулирует гомеостаз ауксина посредством его взаимодействия с геном TORNADO2. Этот результат описывает изящную механистическую связь между прекращением роста цветочных стволовых клеток и развитием гинецея», - говорит ассистент. Проф. Ямагути.
«Поскольку цветущие растения очень важны для нашего питания, фундаментальное понимание развития цветов поможет улучшить его», - говорит профессор Ито. «Такое понимание оказывает важное влияние на фундаментальную биологию и может помочь создать биотехнологические усовершенствования для производства ценных культур».