Весна. Когда дует легкий ветерок, розовые лепестки сакуры отрываются от ветвей, паря в воздухе. Звучит как действие романтического фильма, но на самом деле это тема исследования группы ученых из Института науки и технологий Тэгу Кёнбук (DGIST) и Института фундаментальных наук (IBS). Команда заинтересована в изучении этого, поскольку механизм такого процесса далеко не ясен. Портя волшебство, каждый из падающих лепестков оставляет после себя небольшой открытый надрез, который может быть подвержен инфекции. То же самое происходит, когда растения сбрасывают листья, плоды и семена. Исследователи из Департамента новой биологии DGIST и Центра исследований старения растений IBS только что сообщили в Cell, как растения регулируют процесс отделения и защищают себя. Поскольку линька тесно связана с жизненным циклом растений, эта тема представляет значительный интерес для улучшения урожайности и производства фруктов.
Для того, чтобы листья, цветы и плоды опали, определенные белки, известные как ферменты обработки клеточной стенки, должны точно действовать, чтобы разрушить клеточную стенку между клетками, облегчая отделение клетки от клетки. Как и в случае с раной на растении, отверстие необходимо быстро закрыть, чтобы избежать доступа бактерий и вредных веществ, но по сравнению с раной команда обнаружила, что растения используют другой механизм для закрытия отверстия.
Обнаружено, что пятно отслоения (зона отслоения) состоит из двух соседних типов клеток: резидуальных клеток (REC), остающихся на растении, и клеток отделения (SEC) в цветках, листьях и т. д. «Разделение должно быть точным и минимальным, поскольку этот процесс временно повышает уязвимость к опасностям окружающей среды», - объясняет Джун М. Квак, ведущий автор исследования.
Исследователи DGIST и IBS использовали классическую модель растений, Arabidopsis thaliana, чтобы исследовать, как растения преодолевают физические ограничения клеточных стенок и осуществляют отделение органов. Два типа клеток в зоне абсциссии демонстрируют различную клеточную активность и архитектуру. В частности, СПК образуют два-три слоя лигнина с сотовой структурой. В области отслоения лигнин действует как молекулярная скоба, которая может удерживать вместе отдельные SEC, когда они отделяются от растения. Кроме того, это может ограничить ферменты, обрабатывающие клеточную стенку, ограниченной областью, что позволяет точное отсечение.
«Из-за легкости и жесткости сотовой архитектуры неудивительно, что мы обнаруживаем, что растительные клетки развили такую структуру для выполнения потенциально опасного клеточного процесса с большой точностью», - объясняет Квак..
Сразу после того, как СПК унесет ветер, РЭК накапливают тонкую клеточную стенку, уязвимую для инфекций и внешних повреждений. Чтобы защитить новообразованную клеточную поверхность, РЭК покрывают себя защитным покрытием из кутина, отвечающего за защиту поверхности от патогенов. Это указывает на то, что неэпидермальные РЭК меняют свою идентичность, превращаясь в эпидермальные клетки. Это особенно интересно, поскольку считалось, что специфика эпидермальных клеток ограничивается эмбриональной стадией.
Формирование этого кутинового слоя отличается от механизма заживления ран растений. Последний обеспечивает защитный барьер из пробки, а не из кутина. Как связаны эти два процесса, до сих пор остается загадкой. А пока ищем ответ, давайте наслаждаться прекрасным цветением цветов и сменой времен года.