По мере роста корня растения корневой чехлик защищает его хрупкий кончик. Каждые несколько часов старая крышка теряется и заменяется новой. Это озадачило ученых: как клетки на кончике узнают, когда умирать, и как клетки дальше узнают, что нужно делиться и формировать новый слой, особенно если эти клетки разделены несколькими рядами клеток? Исследователи из Университета Осло и Австрийского института науки и технологий (IST Austria) частично решили эту коммуникационную проблему. Как они пишут в сегодняшнем выпуске Nature Plants, исследователи впервые наблюдали регулярные циклы потери и отрастания кончиков корней в режиме реального времени. При этом они обнаружили сигнал и рецептор, которые координируют этот процесс.
Идентифицирован сигнал и рецептор
Группа Рейдунна Аалена из Университета Осло вместе с постдоком и первым автором Чун-Лин Ши обнаружили сигнал и рецептор, которые опосредуют общение на кончике корня. Они обнаружили, что клетки корневого чехлика секретируют небольшой пептид, названный IDL1. Этот пептид диффундирует через кончик корня. Клетки апикальной меристемы корня, которые делятся с образованием нового корневого чехлика, имеют рецепторный белок, называемый HSL2, который воспринимает сигнальный пептид IDL1. Благодаря этому механизму внешние клетки корневого чехлика, которые сбрасываются, и внутренние клетки, которые делятся, чтобы заменить их, взаимодействуют между собой.
Утрата корневого чехлика наблюдается впервые
Группа Иржи Фримля из IST Austria, в которую входили бывший постдоктор Даниэль фон Вангенхайм и стажер Иван Кулик, впервые наблюдали, как растения сбрасывают корневые чехлики. С помощью лазерного сканирующего микроскопа, который был перевернут на бок - метод, ранее разработанный исследовательской группой, который привел к созданию победившего видео в прошлогоднем конкурсе Nikon Small World in Motion Competition, а также к открытию новой роли ауксина в ответ на гравитацию - можно было наблюдать потерю корневого чехлика в режиме реального времени в течение нескольких дней.
Потеря корневого чехлика - медленный процесс: корневые чехлики теряются примерно один раз в 18 часов. «Поскольку потеря и замена корневого чехлика происходит медленно, вы не можете наблюдать это под обычным микроскопом», - объясняет Иржи Фримл. С помощью перевернутого микроскопа Кулик и фон Вангенхайм смогли наблюдать за ростом корней в течение трех дней и увидеть периодичность гибели клеток и отслоения корневого чехлика, как описывает Иржи Фримл: «Наша установка вертикального микроскопа и автоматическое отслеживание позволили нам наблюдать, как корневые чехлики теряются в естественных условиях. Эти инструменты позволили нам увидеть, как на самом деле происходит потеря корневого чехлика и как происходит обратное деление клеток."
Группа Фримла сравнила, как растения Arabidopsis thaliana дикого типа теряют и заменяют корневой чехлик, с тем, как этот процесс происходит у мутантных растений, предоставленных группой Aalen. Они обнаружили, что у растений, у которых связь через IDL1 и HSL2 нарушена, клетки корневого чехлика накапливаются на кончике, а не отслаиваются. «Когда передача сигналов не работает, гибель и возрождение клеток не скоординированы, и клетки задерживаются на кончике намного дольше, чем должны», - объясняет Фримл.
Вертикальный микроскоп и программное обеспечение TipTracker, разработанное Робертом Хаушильдом из центра визуализации IST в Австрии, были необходимы для этой работы, говорит Кулик: «Конечно, корни растут. кончик корня в конечном итоге вырастал из поля зрения С помощью TipTracker микроскоп сравнивает положение кончика корня между изображениями и автоматически регулирует положение объектива, так что кончики корня можно отслеживать даже в течение нескольких дней."