Корни растений зависят от местного производства ключевого гормона, который контролирует многие аспекты развития и реакцию на изменения окружающей среды, согласно новому исследованию Университета штата Северная Каролина.
Исследование проливает свет на важность того, когда и где вырабатывается растительный гормон ауксин, и исследует взаимодействие между синтезом ауксина и транспортом, который перемещает ауксин по всему растению.
В частности, исследования показывают, что локальное производство ауксина необходимо для поддержания здоровья растений. То есть корни дегенерируют, если ауксин не вырабатывается в корне, или цветки будут бесплодными, если ауксин не вырабатывается в нужном месте и в нужное время в цветке, несмотря на то, что гормон может транспортироваться по всему растению.
«Мы знали, как ауксин транспортируется внутри растения и как растения реагируют на ауксин, но, что удивительно, до недавнего времени мы не знали, как и где ауксин вырабатывается растением», - сказал Хавьер Брумос, представитель штата Северная Каролина. - докторант и первый автор статьи с описанием исследования.
Ранние гипотезы о переносе ауксина постулировали, что гормон вырабатывается в молодых листьях и на кончиках побегов и проникает «вниз» по растению в стебли и корни, способствуя развитию и росту растений. Более поздние исследования выявили молекулярный механизм, который производит ауксин, и продемонстрировали локальное производство ауксина и перемещение между клетками в корнях, а также в побегах.
«Это привело к вопросу о том, насколько важно локальное производство ауксина в корне - то есть ауксина, который перемещается из клетки корня в клетку корня, а не транспортируется из побега - для развития растений», - сказал Брумос..
Используя множество элегантных экспериментов с арабадопсисом, или горчицей, исследователи из штата Северная Каролина показали важность местного производства ауксина в корнях растений.
Во-первых, исследователи создали гибридные растения, привив здоровые побеги, производящие ауксин, к корням, которые не производили ауксин, чтобы посмотреть, можно ли транспортировать ауксин от побега к корню, чтобы корни оставались здоровыми. Корни дегенерировали, когда не было ауксина местного производства. Исследователи также провели противоположный эксперимент, прививая побеги без ауксина к корням, продуцирующим ауксин. Эти корни были жизнеспособны и здоровы.
Затем исследователи поместили пасту ауксина на побеги сеянцев с дефицитом ауксина, чтобы увидеть, может ли ауксин транспортироваться к корням для поддержания здоровых корней путем активации стволовых клеток, расположенных в ткани кончика корня, называемой меристемой. Хотя эта ауксиновая паста помогла создать несколько новых корней, эти корни вскоре выродились.
«Оказывается, растения могут предпочесть вырабатывать ауксин в том месте, где они хотят, чтобы он накапливался, а не всегда приносить ауксин из других частей растения», - говорит Анна Степанова, доцент кафедры растениеводства. и микробной биологии в штате Северная Каролина и соответствующий автор статьи.«Местный ауксин необходим для поддержания жизни ниши стволовых клеток. Если в корне нет местного ауксина, растение теряет свою корневую меристематическую активность, и корень дегенерирует».
Исследователи также заблокировали естественную способность растения производить ауксин с помощью специальных химических ингибиторов и вместо этого вставили бактериальные гены, которые, как известно, производят ауксин. Затем бактериальные гены могут быть активированы для производства ауксина либо в корнях, либо в побегах по желанию путем нагревания. Опять же, растения с корневым ауксином имели жизнеспособные корни, в то время как растения, зависящие от транспорта ауксина из побегов, имели дефектные корни.
В документе также более подробно изучено производство и транспорт ауксина снаружи и внутри корней, показано, что внешнее применение ауксина может спасти меристемы, испытывающие дефицит ауксина, если системы транспорта ауксина в корнях функционируют. Но если транспорт ауксина блокировался в клетках корней, здоровье корней становилось зависимым от местного производства ауксина: если гормон не вырабатывался в нужном месте в нужное время, корни увядали и умирали.
Исследователи также изучили роль местного ауксина в цветках и листьях и снова увидели, что места биосинтеза этого гормона имеют решающее значение в данном случае для полной фертильности и нормального развития листьев.
Вывод этого исследования заключается в том, что локальное производство и транспортировка ауксина работают вместе, чтобы поддерживать здоровье растений. Благодаря этому совместному действию растения могут поддерживать прочные ниши стволовых клеток и, таким образом, могут выживать и расти даже в суровых условиях. », - сказал Хосе Алонсо, профессор биологии растений и микробов из штата Северная Каролина, эксперт по ауксинам, который вместе с Брумосом и Степановой инициировал исследование.
Соавторами статьи также являются бывший постдокторант штата Северная Каролина Линда М. Роблес, техник-исследователь Чонга Юн и бывшие студенты-стажеры Тхиен Ву и Саванна Джексон.
Исследование финансировалось грантами Национального научного фонда MCB0923727, IOS1444561, IOS1650139, MCB1158181, приложением REU MCB1434905 и DBI1558579.