Рост растений сильно зависит от условий окружающей среды, таких как свет, влажность, засуха и соленость, среди прочих факторов. Но как растения интегрируют сигналы окружающей среды и процессы развития, закодированные в их генах, остается загадкой.
Новое исследование Тель-Авивского университета показало, что за регулирование роста растений отвечает уникальный механизм, включающий кальций, растительный гормон ауксин и кальций-связывающий белок. Исследователи говорят, что белок, который связывается с кальцием, регулирует как реакцию ауксина, так и уровень кальция, создавая интерфейс, который определяет, как растут растения.
Исследование было проведено под руководством профессора Шауля Яловского из факультета естественных наук ТАУ им. Джорджа С. Уайза и опубликовано в журнале PLOS Biology 11 июля. Исследования для исследования проводились аспирантами ТАУ Орой Хазак и Эладом Мамоном и их коллегами.. Это плод сотрудничества с профессором Джоэлем Хиршем из кафедры биохимии и молекулярной биологии ТАУ, профессором Йоргом Кудла из Университета Мюнстера и профессором Марком Эстель из Калифорнийского университета в Сан-Диего.
«Определение механизмов, лежащих в основе пластичности развития растений, имеет важное значение для сельскохозяйственных инноваций», - объясняет профессор Яловский. «В течение нескольких десятилетий считалось, что кальций и ауксин взаимодействовали во время развития растения, но точные механизмы, лежащие в основе этого «взаимодействия», были неясны.
"Мы обнаружили, что ауксин связывается с кальцием через связывающий белок, называемый CMI1. Мы считаем, что наше исследование будет иметь долгосрочное применение для фермеров и специалистов в области сельского хозяйства, которые смогут использовать эту информацию для адаптации будущих поколений растений к экстремальным условиям окружающей среды, таким как высокие температуры, засуха и высокая засоленность почвы."
Уровни растительного гормона ауксина определяют, где на растении развиваются листья, сколько у растения ветвей и как развиваются корни. Уровни кальция изменяются в растениях в ответ на сигналы окружающей среды, такие как высокие или низкие температуры, прикосновение и засоленность почвы, а также в ответ на уровни ауксина.
«До наших исследований было неясно, как происходит взаимодействие между кальцием и ауксином», - добавляет профессор Яловски. «Теперь мы знаем, что когда уровень ауксина высок, уровень недавно открытого связывающего белка CMI1 также высок. Мы обнаружили, что этот белок регулирует реакцию ауксина и уровень кальция и что он связывается с кальцием».
Растения реагируют на ауксин либо медленно, либо быстро. Медленные ответы происходят в течение часов и дней и зависят от путей экспрессии генов, тогда как быстрые ответы происходят в течение нескольких минут. Характеристики CMI1 позволяют быстро реагировать на уровни ауксина, которые зависят от присутствия кальция.
Мы использовали очень широкий набор инструментов и подходов, которые позволили нам проводить наши анализы, начиная с уровня всего растения, вниз через уровень тканей и клеток и, наконец, до уровня молекул, - заключает проф. Яловски. «Следующим шагом будет определение клеточных компонентов, взаимодействующих с обнаруженным нами белком».