На этой неделе международное сотрудничество исследователей растений сообщает о еще одной недавно обнаруженной роли универсальной рецепторной киназы FERONIA в модельном растении Arabidopsis. Исследователи говорят, что он действует как датчик в клеточной стенке растения, помогая поддерживать ее целостность и защищать растение от агрессивного воздействия окружающей среды.
Как клетки ощущают свое физическое состояние и компенсируют повреждение клеточной стенки, плохо изучено, говорят авторы во главе с Элис Чунг из Массачусетского университета в Амхерсте и сотрудником Хосе Диннени из Института науки Карнеги и Стэнфордского университета. Но их новый анализ растений, подвергшихся солевому стрессу, предлагает первые экспериментальные данные и молекулярные механизмы, показывающие, как FERONIA необходима для клеточных реакций, обеспечивающих выживание в условиях высокой засоленности..
Подробности уже доступны онлайн и будут опубликованы в выпуске Current Biology от 5 марта.
Как объясняет Ченг, «Химический состав и свойства клеточной стенки очень сложны. Даже после десятилетий интенсивных исследований мы все еще не знаем о ней так много. Клеточная стенка считалась «мертвой тканью». ' в течение долгого времени, но со временем мы узнали, что на самом деле это очень динамичная структура, способная подвергаться быстрой и обширной модификации по требованию. Он постоянно ощущает условия окружающей среды и общается с другими частями клетки, которые приспосабливаются и взаимодействуют в петле обратной связи, чтобы влиять на условия на стенке».
"Эта статья впервые показывает, что FERONIA является неотъемлемой частью этой связи между стенками и клетками. Без FERONIA клеточная стенка теряет способность ощущать", - добавляет молекулярный биолог.
Для этих исследований молекулярный генетик Диннени и его коллеги работали с линией арабидопсиса, ранее изученной в лаборатории Ченга, которая потеряла ген FERONIA, поэтому она не может переносить условия с высоким содержанием соли в окружающей среде и перестанет расти. Обычное растение может адаптироваться к небольшому количеству соли и со временем достаточно восстановиться, чтобы расти, отмечает Ченг. Она добавляет: «В некоторых частях мира высокая засоленность почвы является проблемой, которая серьезно снижает урожайность сельского хозяйства, поэтому понимание того, как растения могут противостоять высокому содержанию солей, важно для решения проблем производства продуктов питания."
Диннени и его коллеги обнаружили, что соленость вызывает размягчение клеточной стенки. «Не имея FERONIA, мутантные растения не могут почувствовать потерю целостности клеточной стенки, чтобы вызвать необходимое клеточное средство для укрепления. Это приводит к тому, что корневые клетки мутантных растений взрываются, а не восстанавливают рост, как это сделали бы нормальные растения», - пишут они.
Зная, что у исследовательской группы Ченга есть данные о клеточных стенках, связанные с FERONIA, которые могут обеспечить механистическую основу для их наблюдений, исследователи из Стэнфорда предложили сотрудничество.
Чунг говорит, что очистка белка FERONIA стала первой большой проблемой. Сделав это, вклад ее лаборатории состоял в том, чтобы использовать очищенный белок и фрагменты клеточной стенки, состоящие из сахарного полимера, называемого пектином, в нескольких различных анализах, чтобы установить взаимодействие белка с клеточной стенкой, необходимое условие для того, чтобы он действовал как "сенсор."
Два U. По словам Ченга, группы S. вместе с двумя другими во Франции и Германии провели дополнительные эксперименты, чтобы завершить исследование. Французская группа провела атомно-силовую микроскопию, передовую технологию, которая может исследовать прочность клеточной стенки, в то время как немецкая группа провела анализ, связанный с реакцией ионов кальция, которая важна для поддержания целостности клеточной стенки во время солевого стресса. Она добавляет, что опыт этих двух лабораторий дополнил опыт ее собственной лаборатории в области биохимических и молекулярных исследований, а также опыт группы Диннени в области физиологии развития и стресса.
«Эта работа - еще один пример того, как биологические исследования часто проводятся в наше время путем сотрудничества», - отмечает она.
Как объясняет Ченг, ученые когда-то думали, что FERONIA участвует только в размножении женских растений, поэтому по традиции она была названа в честь римской богини плодородия. Но она и ее коллеги изменили это представление, когда в 2010 году сообщили, что FERONIA требуется для многих и разнообразных процессов роста и выживания растений. По ее словам, это открыло совершенно новое исследовательское сообщество, в которое теперь входят многие группы по всему миру.
Чунг говорит: «Это последнее исследование и предыдущие отчеты из многих лабораторий ясно установили, что FERONIA больше похожа на командный центр, богиню в центре коммуникации для многих текущих процессов. Одна из причин, по которой FERONIA может делать так много всего, что он регулирует очень широкий клеточный путь с множеством боковых ответвлений».
«Еще одна причина может заключаться в том, что FERONIA связывается с клеточной стенкой, которая находится за пределами клеточной мембраны и находится на переднем крае взаимодействия с несколькими агентами извне и с молекулами, секретируемыми изнутри клеток», - добавляет она. показано в этой новой работе. Ее группа продолжает работать над открытием дополнительных способов, с помощью которых FERONIA сохраняет статус «богини».