Когда большинство людей думают о растении, они представляют себе стебли, листья, цветы и все части, которые видны над землей. Но биолога Дьюка Филипа Бенфи больше интересует скрытая часть растения, которая находится под землей. Корни: они могут быть вне поля зрения, говорит Бенфи, но они играют важную роль, закрепляя растение и поглощая воду и питательные вещества.
Теперь Бенфей и его коллеги Масаси Ямада и Синьвэй Хан собрали воедино новые детали каскада событий, которые определяют рост корней - исследования, которые могут привести к более продуктивным культурам, оптимизированным для различных типов почвы.
По мере того, как корень прокладывает туннель через почву, стволовые клетки в кончике корня должны решить, следует ли делиться и производить больше таких же стволовых клеток или дифференцироваться в другие типы клеток, в зависимости от их расположения в ткани корня. В исследовании, опубликованном в журнале Nature, исследователи показывают, что клетки получают часть необходимой им информации из веществ, которые обычно считаются вредными.
Естественные побочные продукты клеточного дыхания, молекулы, называемые «активными формами кислорода», уже давно описываются как сигналы стресса, которые могут вызвать повреждение тканей, если их не остановить. Но они также играют роль в передаче клеточных сигналов, как показывает работа Бенфи.
В исследовании небольшого цветкового растения Arabidopsis thaliana исследователи сообщают, что рост корней частично регулируется взаимодействием между двумя типами активных форм кислорода, супероксидом и перекисью водорода, поскольку они накапливаются в разных областях корня. совет.
«Что мы сделали, так это наметили, от сигнала к ответу, как эти предположительно токсичные химические вещества используются для сигнального процесса», - сказал Бенфи.
Корни становятся длиннее благодаря небольшому участку стволовых клеток на конце каждого корня, который производит постоянный запас новых клеток позади себя, продвигая кончик корня дальше вниз через почву, как головка пули. Оставшиеся дочерние клетки остаются на месте и, в конце концов, перестают делиться и начинают специализироваться.
Скорость роста корня зависит от баланса между двумя противоположными сигналами: теми, которые побуждают эти стволовые клетки продолжать размножаться, и теми, которые говорят им притормозить размножение и переключиться на специализацию. Исследователи идентифицировали белок под названием RITF1, который при активации запускает этот переключатель в развитии.
Белок работает, контролируя, где два активных вида кислорода концентрируются внутри растущего кончика корня.
Эти химические сигналы говорят окружающим клеткам, что делать дальше. Клетки, подвергшиеся воздействию большего количества супероксида, продолжают делиться и производить новые клетки, в то время как те, которые получают большую дозу перекиси водорода, дифференцируются с переходной зоной, где они перекрываются.
«У нас еще нет всех частей, - сказал Бенфи, - но сейчас благодаря этой работе известно гораздо больше этапов процесса, чем было известно раньше».
«Реактивные формы кислорода - это не просто токсичные химические вещества», - сказал Бенфи. «Они играют важную роль в качестве регуляторов процесса развития, переходя от стволовой клетки к полностью дифференцированной ткани».