Как растения расставляют корни? Группа японских исследователей определила пептид и его рецептор, которые помогают боковым корням расти с правильным расстоянием. Результаты были опубликованы 20 декабря 2018 года в онлайн-издании Developmental Cell..
Команду возглавляли профессор Хидэхиро Фукаки (Высшая школа науки Университета Кобе), исследователь Коити Тойокура (в настоящее время научный сотрудник JSPS в Университете Осаки) и ассистент проекта профессор Тацуаки Гох (в настоящее время доцент Института науки Нара). науки и технологии) в сотрудничестве с профессором Йошикацу Мацубаяси и доцентом Хидефуми Шинохара (оба из Университета Нагоя) и другими исследователями из Института науки и технологии Нара, доцентом Коити Фудзимото (Университет Осаки) и доцентом Юки Кондо (Университет г. Токио).
Корневая система растений в основном формируется боковыми корнями, которые растут из ткани внутри существующих корней. Эти корни образуются из «клеток-основателей боковых корней», которые расположены через равные промежутки времени на расстоянии от ткани меристемы (ткани, ответственной за рост). Предыдущие исследования с использованием растений арабидопсиса показали, что клетки-основатели боковых корней образуются из мест, где существует высокая реакция на химический ауксин, и показали, что транскрипционный фактор LBD16, индуцируемый ауксином, может ингибировать клетки, расположенные рядом с клетками-основателями боковых корней, от образования корней.
На этот раз совместная исследовательская группа, используя растительную модель арабидопсиса, искала ген, который активируется фактором транскрипции LBD16, и успешно идентифицировала ген TOLS2. Ген TOLS2 в основном экспрессируется в клетках-основателях боковых корней и корневых зачатках. У растений арабидопсиса, которые сверхэкспрессируют TOLS2, количество боковых корней уменьшается, что указывает на то, что ген TOLS2 может ингибировать образование клеток-основателей боковых корней. Команда проанализировала выделения растений со сверхэкспрессией TOLS2 и обнаружила, что зрелый пептид TOLS2 формируется из 11 аминокислот. Когда они искусственно создали зрелый пептид TOLS2 и добавили его к арабидопсису дикого типа, количество клеток-основателей боковых корней и боковых корней уменьшилось.
На основе дальнейших исследований исследовательская группа идентифицировала рецептор TOLS2 как RLK7. Белки RLK7 экспрессируются во внутренней оболочке корней (где расположены клетки-основатели латеральных корней), эндодерме и дермальном слое, но экспрессия RLK7 не может быть обнаружена в клетках-основателях латеральных корней. Вероятно, эти белки подавляют образование боковых корней в клетках, прилегающих к клеткам-основателям боковых корней.
Затем, используя технологию редактирования генома CRISPR/Cas9, команда исследовала, как формируются боковые корни в других генетически измененных образцах растений. Их результаты подтвердили, что пептид TOLS2 и рецептор RLK7 необходимы для сохранения правильного расстояния между клетками-основателями боковых корней. На основе этого анализа исследовательская группа предположила, что арабидопсис, реагируя на ауксин и индуцируя пептид TOLS2 в клетках-основателях боковых корней, через рецепторы RLK7 ингибирует близлежащие клетки-основатели боковых корней неклеточно-автономным образом.
Профессор Фукаки комментирует: «Если механизм основанного на пептиде TOLS2 ингибирования клеток-основателей близлежащих боковых корней будет выяснен у арабидопсиса, это поможет нам понять механизмы корнеобразования у других растений, таких как сельскохозяйственные культуры и деревья. другие растения содержат пептиды, выполняющие ту же функцию, что и пептид TOLS2, мы потенциально могли бы использовать этот механизм для искусственного контроля моделей корнеобразования сельскохозяйственных культур и деревьев».