Во время прорастания зародыш внутри семени должен развиться в молодой саженец, способный к фотосинтезу менее чем за 48 часов. В это время он полагается исключительно на свои внутренние резервы, которые быстро расходуются. Поэтому он должен быстро создавать функциональные хлоропласты, клеточные органеллы, которые позволят ему производить сахара, чтобы обеспечить его выживание. Исследователи из Женевского университета (UNIGE) и Университета Невшатель (UniNE), Швейцария, в журнале Current Biology выявили ключевые элементы, контролирующие образование хлоропластов из пропластид, до сих пор плохо изученных органелл. Такой механизм обеспечивает быстрый переход к автономному росту, как только семя решит прорасти.
Удивительное размножение и разнообразие цветковых растений в земной среде в основном связано с появлением семян в ходе эволюции. Эмбрион, находящийся в состоянии покоя, инкапсулирован и защищен очень прочной структурой, что облегчает его распространение. На этой стадии он не может осуществлять фотосинтез и, таким образом, во время прорастания потребляет запасы питательных веществ, хранящиеся в семени. Этот процесс вызывает превращение сильного зародыша в хрупкий проросток. «Это критический этап в жизни растения, который строго регулируется, в частности, гормоном роста гибберелловой кислотой (ГК). Выработка этого гормона подавляется, когда внешние условия неблагоприятны», - объясняет Луис Лопес-Молина, профессор. на кафедре ботаники и биологии растений факультета естественных наук UNIGE.
Импорт белков, отправленных в измельчитель клеток
Пробуждение эмбриона вызывает дифференцировку его пропластид в хлоропласты, биологические фабрики, способные производить сахар благодаря фотосинтезу. «Тысячи различных белков должны быть импортированы в развивающиеся хлоропласты, и этот процесс может происходить только в присутствии белка под названием TOC159. Если его не хватает, растение будет истощено в хлоропластах и останется альбиносом», - объясняет Феликс Кесслер., директор лаборатории физиологии растений и проректор UniNE.
Как семя решает, оставить зародыш в защищенном состоянии или, наоборот, рискнуть и дать ему прорасти? «Мы обнаружили, что пока ГА подавляется, запускается механизм, который гарантирует, что белки TOC159 транспортируются в мусорное ведро клеток для деградации», - объясняет Венкатасалам Шанмугабаладжи, исследователь группы Невшатель и первый автор. исследования. Кроме того, та же участь постигла и другие белки, необходимые для фотосинтеза, импорт которых облегчает TOC159.
Высокоэффективный биомеханизм
Когда внешние условия становятся благоприятными для прорастания, концентрация ГК в семенах увеличивается. Биологи обнаружили, что высокие концентрации этого гормона косвенно блокируют деградацию белков TOC159. Таким образом, последние могут быть вставлены в мембрану пропластид и обеспечивать импорт грузов фотосинтетических белков, которые также не попадают в мусорное ведро клеток.
Генезис первых функциональных хлоропластов, реализованный менее чем за 48 часов, обеспечивает, таким образом, быстрый переход от роста, зависящего от резервов эмбриона, к автономному развитию. Этот высокопроизводительный механизм способствует выживанию ростка в неблагоприятной среде, в которой ему придется столкнуться со многими проблемами.