Люди гордятся своей способностью работать в режиме многозадачности, особенно в условиях стресса. Но оказывается, что мы не единственные, кто организован: исследователи из Японии обнаружили, что растения уравновешивают поддержание генома ростом органов, организуя различные реакции на повреждение ДНК.
В исследовании, опубликованном в журнале Science Advances, исследовательская группа под руководством Института науки и технологии Нара обнаружила, что растения используют комбинированный контроль растительных гормонов цитокинина и ауксина для организации реакции на повреждение ДНК при сохранении роста.
Растения - это легко адаптируемые организмы, которые никогда не перестают расти, во многом благодаря функциям, выполняемым их корнями. Из-за важной роли, которую корни играют в росте растений, развитие корней очень чувствительно к колебаниям подземных условий, включая стрессы окружающей среды. Эти стрессы, как правило, ограничивают рост корней и могут повредить ДНК.
«Растения активно реагируют на повреждение ДНК, и эти реакции контролируются механизмом контрольных точек клеточного цикла», - говорит руководитель проекта Масааки Умеда. «Клеточный цикл останавливается на определенной стадии, чтобы можно было восстановить ДНК или, в крайних случаях, инициировать гибель клеток. Мы хотели знать, как организованы реакции на повреждение ДНК, чтобы обеспечить непрерывный рост корней».
В отличие от клеток животных, клетки растений неподвижны, поэтому растения не могут заменить мертвые клетки окружающими живыми клетками. Чтобы одновременно поддерживать свои геномы и обеспечивать развитие органов, растения инициируют различные реакции на повреждение ДНК, которые зависят от различных типов клеток в тканях.
«Мы обнаружили, что комбинированный контроль двух растительных гормонов, цитокинина и ауксина, организует различные реакции на повреждение ДНК за счет минимизации гибели клеток», - объясняет первый автор Наоки Такахаши. «Это изощренный способ сохранить стволовые клетки, сохраняя при этом их геномы в поврежденных растениях».
Уменьшение уровня ауксина вызывает гибель стволовых клеток и останавливает клеточный цикл в фазе G2, в то время как усиление сигналов цитокинина поддерживает раннюю эндорепликацию - вариант клеточного цикла, при котором геном дублируется без деления клеток.
Исследование объясняет ранее неизвестные механизмы сохранения стабильности геномов в условиях развития, которые обеспечивают непрерывный рост органов в меняющихся условиях. Результаты этого исследования будут иметь широкое применение в исследованиях сельскохозяйственных технологий, особенно в области роста и развития растений в экстремальных условиях. Будущие исследования прольют свет на то, как у растений развиваются органы после эмбриональной стадии посредством поддержания стабильности генома в изменяющихся условиях.