Белки PIEZO, чувствующие механическую силу, работают и в растениях

Семейство белков, которые чувствуют механическую силу и обеспечивают наше осязание и многие другие важные функции организма, также необходимы для правильного роста корней у некоторых растений. Это показало исследование учёных из Scripps Research и Медицинского института Говарда Хьюза (HHMI).

Открытие, опубликованное в журнале Nature Plants, указывает на древнее эволюционное происхождение белков PIEZO, которые до сих пор в основном изучались у животных. Этот прорыв в фундаментальной биологии также может привести к новым стратегиям повышения урожайности сельскохозяйственных культур.

Механизм действия

Белки PIEZO не похожи на другие семейства биологических белков. У млекопитающих они образуют пропеллероподобные структуры в наружных мембранах клеток. При растяжении или сжатии сверх порога эти структуры позволяют заряженным молекулам (ионам) проникать в клетку или выходить из неё, преобразуя механическую силу в клеточный сигнал.

Два белка PIEZO у млекопитающих, PIEZO1 и PIEZO2, лежат в основе множества функций: осязание, чувство положения тела и конечностей, ощущение наполнения мочевого пузыря и регуляция кровяного давления.

Роль в царстве растений

Чтобы понять, когда в истории жизни на Земле эволюционировали эти уникальные белки, исследователи изучили Arabidopsis thaliana (резуховидку Таля) — модельное растение. Его геном содержит ген, кодирующий белок PIEZO-типа, PZO1.

Учёные обнаружили, что PZO1 концентрируется в кончиках корней. Удаление гена PZO1 привело к тому, что у растений выросли более короткие корни. В ходе дальнейших экспериментов было установлено, что PZO1 в клетках кончика корня реагирует на механические стимулы потоками ионов, что подтверждает его роль механосенсора, подобно его аналогам у млекопитающих.

Перспективы

Точный механизм, с помощью которого PZO1 помогает росту корней, остаётся загадкой. Учёные предполагают, что он помогает клеткам кончика корня чувствовать и адаптироваться к механическим силам, с которыми они сталкиваются при проникновении в почву, особенно в сухую и твёрдую.

Если активность PZO1 увеличивается, это может помочь растениям расширить свою корневую систему в засушливых условиях и получить лучший доступ к воде. Повышение активности PZO1 может стать способом увеличения урожайности в сложных почвенных условиях.

Дальнейшие исследования будут направлены на уточнение функции PZO1 в реальных условиях и изучение роли белков PIEZO-типа в продовольственных культурах, таких как кукуруза и рис.