Сосудистая ткань растений распределяет воду и питательные вещества, тем самым обеспечивая постоянный рост. Каждая вновь развитая клетка должна развиться в соответствующий тип клеток в сосудистой ткани. Команда из Мюнхенского технического университета (TUM) обнаружила, как эти клетки узнают, в какой тип клеток им следует развиваться.
Во время роста растения постоянно формируют новые листья, ветви и корни в течение недель, месяцев и лет. Первоначально они образуются в результате клеточного деления, когда клетки развиваются в очень сложных, но упорядоченных процессах. Одним из результатов этих программ развития является сосудистая ткань растений, которая видна человеческому глазу в виде жилок листа. Сосудистая ткань пронизывает все тело растения, снабжая растение водой и солями из земли через ксилему, а также продуктами метаболизма, такими как сахара фотосинтеза, через флоэму.
"Но откуда новообразованная клетка знает, что она должна стать, например, клеткой флоэмы?" - спрашивает профессор Клаус Швеххаймер с кафедры системной биологии растений и соавтор исследования. «Чтобы ответить на этот вопрос, мы провели многолетнее исследование в сотрудничестве с нашими коллегами из Лозанны». То, как этот механизм работает у растений, было описано этими исследователями в последнем номере журнала Nature.
Как клетка становится клеткой флоэмы?
«Еще в 2009 году команда из Лозанны продемонстрировала, что у растений, в которых отсутствует определенный белок (BRX), возникают проблемы с образованием клеток флоэмы», - говорит соавтор Ланасса Бассукас из TUM. «В то же время они также заметили, что он очень чувствителен к растительному гормону ауксину. В зависимости от того, был ли уровень ауксина низким или высоким, белок находился в клеточной мембране или разрушался внутри клетки».
Это стало актуальным, когда исследователи TUM обнаружили новый регулятор под названием PAX. С помощью этого регулятора гормон ауксин может переноситься из клетки через белки-транспортеры. Как и у растений с дефектом белка BRX, у растений без PAX было меньше клеток флоэмы.
"Для нас было примечательно, с одной стороны, то, что регулятор РАХ мог тормозиться белком BRX, а с другой, то, что РАХ становился более активным по мере повышения уровня ауксина в клетке," объясняют Мартина Кольб и Ульрих Хаммес из Технического университета Мюнхена, которые предоставили важные результаты для новой модели в своих исследованиях транспортеров ауксина.
По их данным, ауксин первоначально накапливается во вновь развившейся клетке. Это связано с тем, что BRX предотвращает перенос гормона, поступающего из других клеток флоэмы, из клетки с помощью регулятора PAX. Ауксин, который накапливается с течением времени, затем приводит к деградации BRX, в результате чего регулятор PAX, который теперь активирован, экспортирует ауксин из клетки. Поскольку белок BRX формируется снова с определенной временной задержкой, после которой он блокирует транспорт ауксина, система многократно регулирует себя подобно реостату.
Многие процессы развития растений зависят от транспорта ауксина и регуляторов, подобных PAX. С развитием негативной регуляции через белок был открыт новый уровень контроля, который может быть применим и в других процессах.