Группа генетиков растений из лаборатории Колд-Спринг-Харбор (CSHL) идентифицировала белковый рецептор на стволовых клетках, участвующих в развитии растений, который может давать разные инструкции о том, как расти, в зависимости от того, какой пептид (фрагмент белка) его активирует.
Это первый подобный многофункциональный рецептор, работающий таким образом, чтобы контролировать развитие растений. Новые результаты, полученные профессором CSHL Дэвидом Джексоном и его коллегами, могут иметь важное значение для усилий по повышению урожайности основных пищевых культур, таких как кукуруза и рис.
Рост и развитие растений зависят от структур, называемых меристемами - резервуарами в растениях, которые содержат стволовые клетки. По сигналу пептида стволовые клетки меристемы развиваются в любой из органов растения - например, в корни, листья или цветы. Эти сигналы обычно работают как ключ (пептид), который вставляется в замок на поверхности клетки (белковый рецептор). Замок на мгновение открывается, вызывая высвобождение химического мессенджера внутри клетки. Посланник несет инструкции для клетки, чтобы сделать что-то, например, превратиться в корень или цветочную клетку или даже полностью прекратить рост. Обычно один или несколько пептидов присоединяются к рецептору для высвобождения химического мессенджера одного типа.
Джексон и его коллеги, однако, недавно обнаружили, что белковый рецептор, который они впервые идентифицировали в 2001 году, названный FEA2, может запускать высвобождение одного из двух различных химических мессенджеров, CT2 или ZmCRN, в зависимости от того, какой из двух пептидов, ZmCLE7 или ZmFCP1 включает его. Рецепторы, высвобождающие более одного мессенджера, встречаются редко. Джексон говорит, что это первое обнаруженное растение, которое играет роль в растениеводстве.
FEA2 является важным рецептором сигнального пути CLAVATA, который, как известно, активирует стволовые клетки. Джексон, а также его коллега из CSHL, профессор Закари Липпманн, ранее модифицировали этот путь, чтобы манипулировать меристемой и повысить урожайность известных видов сельскохозяйственных культур, включая помидоры, кукурузу и горчицу..
Джексон и его команда считают, что FEA2 связан с двумя разными корецепторами, каждый из которых действует как «замок» для одного из двух пептидных «ключей». В будущих исследованиях будет изучено, как два разных пептидных сигнала транслируются с помощью FEA2 в отдельные химические сообщения.
«Мы считаем, что то, как работает этот сигнальный путь стволовых клеток, является фундаментальным для всех растений», - говорит Джексон. «Мы показали, что теоретически пути, контролирующие стволовые клетки, можно изменить, чтобы получить более крупные плоды или большее количество семян. Благодаря этому исследованию мы узнали кое-что новое о том, как работают эти пути, что дало ученым-растителям еще один инструмент для повышения урожайности».
Финансирование
Национальный институт продовольствия и сельского хозяйства, Национальный научный фонд, Программа нового поколения BioGreen 21, Программа Human Frontier Science