Ток воды через растения имеет решающее значение для нашего питания: без надлежащего потока воды растения не могут осуществлять фотосинтез, расти или надежно производить цветы, фрукты или семена. Вода течет внутри специализированных структур от корней через стебель к листьям, где ее испарение регулируется микроскопическими порами, называемыми устьицами. Все водопроводящие структуры производятся строго контролируемыми последовательностями развития: клетки должны делиться, чтобы произвести необходимые типы клеток в нужном месте в нужное время. Но многие детали того, как контролируются эти сложные процессы развития, остаются неясными.
Исследователи Университета Осаки в сотрудничестве с лабораториями Китая, Германии и Японии раскрыли ключевой элемент мозаики механизмов, контролирующих развитие растительных клеток. Команда обнаружила, что пептидный гормон является сигнальной молекулой, которая контролирует развитие двух совершенно разных типов клеток, каждый из которых участвует в создании клеточных структур для потока воды. Гормон делает это, связываясь с двумя разными рецепторами в двух местах. Команда недавно опубликовала свои выводы в журнале Nature Plants..
Команда использовала небольшое растение Arabidopsis (кресс-салат), которое быстро растет и размножается и имеет меньший и более простой геном, чем большинство сельскохозяйственных культур. Их методы исследования включали генетическую модификацию, изучение анатомии растения под микроскопом с использованием флуоресцентных красителей и получение мутантных растений с использованием новейших технологий редактирования генов.
Исследователи показали, что гены, кодирующие пептидный гормон CLE9/10, активны в клетках, которые приводят к развитию устьиц в листе, а также в клетках, которые являются предшественниками водопроводящих сосудов (ксилемы) в корень.
«В примордиальных клетках листьев связывание CLE9/10 с белковым рецептором контролирует количество устьичных пор», - сказал ведущий автор исследования Пинпин Цянь. «Но в корнях он связывается с другим белковым рецептором и там контролирует образование сосудов ксилемы».
Помимо идентификации этих двух разных рецепторов, исследование также показало, что корецепторный белок участвует в сигнальной системе листа.
«У животных есть примеры сигнальных молекул, которые воспринимаются несколькими рецепторами», - говорит соответствующий автор Тацуо Какимото. «Это исследование показывает, что у растений действуют одни и те же типы сигнальных систем. Интересно, что два процесса развития, в которых участвуют разные рецепторы в разных частях растения, создают совершенно разные структуры, которые необходимы для потока воды. Эти результаты имеют значение для понимания того, как координируются многочисленные процессы в развитии растений».