Новый механизм действия растительного гормона ауксина работает противоположно известному

Обычно повышенный уровень гормона ауксина стимулирует рост клеток в тканях растений. Китайские учёные совместно с исследователями из Института науки и технологий Австрии (IST Austria) показали, что в особых областях проростка повышенный уровень ауксина запускает другой путь экспрессии генов, ведущий к торможению роста. Открытие, опубликованное в журнале Nature, помогает объяснить формирование типичного изгиба, или так называемого апикального крючка, который помогает проростку пробиться сквозь почву после прорастания.

Различные концентрации ауксина опосредуют разные результаты развития в различных тканях растений. Например, накопление ауксина в тканях стебля запускает путь экспрессии генов, который в конечном итоге приводит к увеличению удлинения клеток и росту стебля. Однако развитие апикального крючка, который формирует молодое растение для защиты нежной растущей верхушки при пробивании почвы, нельзя объяснить по аналогии. В клетках внутреннего изгиба крючка (вогнутой стороны) ауксин накапливается, но для формирования крючка побег проростка должен расти медленнее на внутренней вогнутой стороне, чем на внешней выпуклой. Учёные столкнулись с парадоксальной ситуацией и задались вопросом: может ли ауксин делать что-то противоположное тому, что о нём известно в других частях растений?

Один гормон — два разных пути экспрессии генов

Чтобы решить эту загадку, исследовательская группа Тонгда Сюй из Китайской академии наук сотрудничала с клеточным биологом растений из IST Austria Иржи Фримлом и его постдоком Зузаной Геловой. Тестируя различные мутанты модельного растения Arabidopsis thaliana, учёные выявили ранее неизвестный путь экспрессии генов, запускаемый накоплением ауксина и ведущий к торможению роста на вогнутой стороне крючка. В то время как известный ранее путь локализован в ядре и включает рецепторный белок transport inhibitor response 1 (TIR1), этот вновь открытый путь начинается на поверхности клетки и включает другой компонент восприятия — трансмембранную киназу (TMK1), функция которой была неясна.

Объяснение парадокса и роли TMK1

В новом механизме ауксин активирует TMK1 на поверхности клетки и запускает отщепление внутриклеточной части этого белка. Внутри клетки отщеплённая часть TMK1 взаимодействует со специфическими транскрипционными репрессорами. В то время как в ядерном TIR1-пути ауксин деградирует подобные репрессорные белки, чтобы запустить экспрессию генов, ведущую к росту клеток, в TMK1-пути он стабилизирует репрессоры, что приводит к торможению, а не стимуляции роста.

Таким образом, TIR1 и TMK1 взаимодействуют с разными наборами транскрипционных белков и, следовательно, обеспечивают передачу сигнала ауксина двумя разными механизмами, позволяя побегу расти с одной стороны, но не с другой. Соавтор Иржи Фримл: «Мы давно хотели понять, как работает TMK1, а также может ли и как накопление ауксина функционировать двумя разными способами. Благодаря нашей настойчивости и большому вкладу наших китайских коллег теперь мы знаем и то, и другое». Учёные также считают важным понять полный репертуар процессов развития, помимо формирования апикального крючка, контролируемых этим новым путём передачи сигнала ауксина.