Знать, где верх, а где низ, важно для всех живых существ. Для растений, укореняющихся в почве и цветущих над землей, неправильное определение этой поляризации вызовет целый ряд проблем. У растений поляризация всего организма зависит от поляризации каждой отдельной клетки. Однако деление клеток нарушает поляризацию. Как восстанавливается полярность, было неизвестно - до сих пор. Исследователи из Института науки и технологий Австрии (IST Austria) решили одну часть головоломки: они обнаружили, что растительные клетки наследуют знания о том, где верх, а где низ, от своей материнской клетки. Исследование под руководством Йиржи Фримля, профессора Института науки и технологий Австрии (IST Austria), с первым автором Матоушем Гланцем, аспирантом группы Фримл, и Матиашем Фендрихом, ранее постдокторантом в группе Фримл, а ныне доцентом Карлова университета в Праге, опубликована сегодня в журнале Nature Plants.
Направленный транспорт гормона ауксина вызывает поляризацию в растениях, но этот транспорт, в свою очередь, зависит от полярного распределения переносчиков ПИН-ауксина в каждой клетке. Это означает, что каждая отдельная клетка должна быть полярно организована, чтобы растение могло отличить верх от низа. Однако клеточное деление ставит задачу: при каждом делении трафик полярных мембранных белков, таких как переносчики ауксинов PIN, перенаправляется на обе вновь образованные мембраны. Следовательно, полярность транспортера ауксина PIN теряется в одной из дочерних клеток после каждого деления. Как снова выставляется правильная полярность, было неизвестно. Используя новую линию трансгенных растений арабидопсиса, в которой флуоресцентные переносчики PIN-ауксина можно отслеживать исключительно в делящихся клетках, исследователи в режиме реального времени проследили за тем, что происходит с белками PIN и их полярностью во время клеточного деления.
То, что они обнаружили, было удивительным, говорит первый автор Матуш Гланц. «Мы думали, что клеткам нужно будет общаться со своими соседями, чтобы правильно восстановить полярность. Поэтому мы сначала искали сигнал, который будет посылаться между клетками. Но мы не нашли ничего подобного. Вместо этого мы обнаружили, что полярность передается материнская клетка». Как именно материнские клетки «сообщают» своим дочерним клеткам, где находится верх и низ, пока неизвестно, добавляет Гланк. «Мы знаем, что информация о полярности передается не сигналами от соседей, а наследуется от материнской клетки - мы все еще пытаемся понять, как это сделать."
Исследователи также обнаружили, что эндоцитоз, который удаляет белки с клеточной поверхности, имеет решающее значение для восстановления этой полярности. Ранее считалось, что переносчики PIN-ауксина, которые после деления оказываются на «неправильной» стороне клетки, удаляются эндоцитозом и перемещаются на правильную сторону. В статье исследователи показывают, что вместо того, чтобы перемещаться, неправильно расположенные транспортеры подвергаются эндоцитозу и уничтожаются. Создаются новые транспортеры PIN, которые встраиваются в правильную сторону клеточной мембраны.
Группа киназ, PINOID и ее гомологи WAG1 и WAG2, модифицируют транспортеры PIN посредством химической реакции, называемой фосфорилированием, и также имеют решающее значение для определения их полярности. Растения, у которых все три киназы больше не функционируют, неспособны восстановить полярность после клеточного деления. У этих мутантов мы видим, что происходит, когда растения ошибаются с полярностью: корни не прорастают в почву под действием силы тяжести, а вместо этого изгибаются и поворачиваются.
Хотя исследование дало несколько важных ответов на вопрос о том, как восстанавливается полярность, многие вопросы остаются открытыми, говорит Гланк. «Мы определили эндоцитоз и фосфорилирование как ключевые этапы в установлении полярности, и мы показали, что полярность наследуется от матери. Но нам еще нужно выяснить природу унаследованной информации., липид или сахар, еще неизвестно."