Простое правило: как растения реагируют на гормон ауксин

Исследователи из Вагенингенского университета (Нидерланды) с коллегами из Японии и Испании обнаружили простой механизм контроля роста растений. Эти знания помогут создавать новые сельскохозяйственные культуры, устойчивые к болезням, засухе или затоплению. Результаты опубликованы в журнале Nature Plants 15 мая.

Учёные показали, что чрезвычайно сложный ответ на растительный гормон ауксин можно свести к простой переключающей модели. По сути, ауксин переводит генетический «выключатель» из положения «выкл» в «вкл», а второй фактор конкурирует с этим переключателем, определяя чувствительность каждой клетки к гормону. Таким образом, разнообразные реакции клеток (образование корня или цветка) зависят от комбинации «выключателя» с «регулятором громкости».

Известно, что небольшая молекула ауксина контролирует многие аспекты роста и развития растения, изменяя активность множества генов. Белки ARF, связывающиеся с ДНК, включают или выключают гены, а ауксин определяет, активны ли эти белки. У большинства растений много разных копий белков ARF, возникших в ходе эволюции. Это создаёт сложную сеть белков, которые могут запускать уникальные реакции на один и тот же гормон.

Команда изучила систему ответа на ауксин у печёночного мха Marchantia polymorpha. У этого раннего наземного растения самая простая возможная система ответа на ауксин, как было описано ранее в журнале eLife. В новом исследовании, используя эту простоту, учёные с помощью генетики и биохимии белков раскрыли работу системы. В её основе оказалась простая схема с двумя конкурирующими белками ARF.

Фундаментальное изменение взгляда на ауксин

«Мы считаем, что наше открытие фундаментально изменит представления исследователей о работе важного гормона ауксина, — говорит Дольф Вейерс, руководитель исследования. — Этот скачок в понимании того, как клетки реагируют на гормон, даёт беспрецедентные возможности для изменения клеточных гормональных реакций у сельскохозяйственных растений».

Обманутые сложностью

Десятилетия исследований цветковых растений (включая модельное растение Arabidopsis) привели к идее, что растения используют очень сложную сеть факторов ответа, чтобы разные клетки по-разному реагировали на один гормон. Теперь же исследовательская группа описывает открытие очень простого принципа, лежащего в основе сложных реакций на ауксин. Вероятно, этот же простой принцип действует и у других видов растений с большими семействами белков ARF. Это помогает лучше понять, как растения, включая сельскохозяйственные культуры, реагируют на гормон.

В исследовании участвовали экспериментальный биолог Хиротака Като (ранее — Вагенингенский университет, ныне — Университет Кобе), коллеги из Лаборатории химии и биофизики в Вагенингене, синхротрона Alba в Барселоне и Университета Киото. Работа частично финансировалась грантом NWO VICI, присуждённым Дольфу Вейерсу в 2015 году.