Исследователи из Нагойского университета определили пептидные гормоны, необходимые для формирования и поддержания корневого барьера растений для сохранения ионного гомеостаза и адаптации к суровым почвенным условиям.
Рост и развитие растений зависит от движения ионов минералов из почвы в транспортную систему клеток корня (ткань ксилемы) и последующего переноса в побег. Поскольку этот процесс обычно происходит против градиента концентрации, пассивная диффузия предотвращается, а гомеостаз обеспечивается наличием водонепроницаемого барьера, богатого лигнином, известного как полоса Каспари, которая окружает ткани ксилемы и флоэмы в виде кольца. Известно, что для формирования полоски Каспари необходимы несколько белков, в том числе рецепторная киназа GSO1/SGN3.
Теперь работа в Университете Нагои выявила лиганды пептидных гормонов в центре корня, которые связываются с рецептором GSO1/SGN3 и регулируют сборку полоски Каспари в ответ на сигналы развития и окружающей среды. Об исследовании сообщается в журнале Science.
Гены, кодирующие предшественники пептидных гормонов, присутствуют в множественных копиях в геномах растений, а препептиды несут консервативный домен. Вооружившись этими знаниями, исследователи использовали процесс скрининга для идентификации двух пептидов, которые они назвали фактором целостности полоски Каспари (CIF)1 и CIF2, из более широкого семейства пептидов, которые были необходимы для полного формирования полоски Каспария в корнях модельного растения. Арабидопсис. Экспрессия CIF1 и CIF2 была ограничена центральной частью корня (стелой), содержащей ксилему и флоэму.
Нокдаун генов, кодирующих CIF1 и CIF2, привел к образованию «дырявого» барьера, который позволил экспериментальному красителю попасть в ксилему. Этот фенотип напоминал фенотип, наблюдаемый у растений с мутациями в гене, кодирующем рецептор GSO1/SGN3.
«Автофлуоресценция лигнина и визуализация живых клеток выявили нарушение барьера в отсутствие пептидных лигандов или рецепторов, - говорит автор корреспонденции Йошикацу Мацубаяши, - в то время как добавление синтетического CIF1 к мутантному лиганду, но не мутантный рецептор восстановил целостность барьера, так как связывание рецептор-лиганд способствовало отложению лигнина». Также было показано, что пептиды CIF необходимы для поддержания, а также для формирования полоски Каспари.
Мутант по лиганду был более чувствителен к высоким уровням железа в почве, чем дикий тип, демонстрируя задержку роста и бронзовость листьев, что было преодолено добавлением синтетического CIF1. Эти дефекты роста, вероятно, отражают высокое содержание железа в ксилемном соке этих мутантов, что указывает на нарушение барьера.
«Интересно, что экспрессия генов CIF1 и CIF2 повышалась при высоком уровне железа, особенно при высокой кислотности», - говорит Мацубаяши. «Это свидетельствует об активной стратегии высших растений по преодолению неблагоприятных условий роста».