Белковый "компас" формирует эффективные дыхательные поры у злаков
Злаки имеют "дыхательные поры" (устьица), которые открываются и закрываются, регулируя поглощение CO2 для фотосинтеза и потерю воды при транспирации. В отличие от многих растений, устьица злаков формируют боковые "клетки-помощники". Благодаря им устьица злаков открываются и закрываются быстрее, что оптимизирует газообмен и экономит воду.
В исследовании профессора Михаэля Райссига, доктора Хайке Линднер и Роксаны Шпигельхальдер из Института наук о растениях (IPS) Бернского университета изучалось развитие клеток-помощников у злака Brachypodium distachyon. Они обнаружили два белка, которые накапливаются на противоположных сторонах клетки, действуя как "компас" для правильного развития клеток-помощников. Результаты опубликованы в журнале eLife.
Клеточный компас для развития клеток-помощников
Клетки-помощники образуются в результате неравного, асимметричного клеточного деления. Для того чтобы это деление происходило в правильном соотношении и ориентации, клетке нужны ориентиры. Их роль выполняют белки полярности, которые накапливаются на противоположных сторонах клетки.
Исследователи обнаружили два таких белка полярности. "По сути, эти два белка действуют как клеточный компас и контролируют ориентацию деления клетки и развитие клеток-помощников. Мы выяснили, что при отсутствии одного из этих белков клетки-помощники формируются неправильно. Это негативно влияет на эффективный и экономящий воду газообмен злака", — объясняет руководитель проекта Михаэль Райссиг.
Дыхательные поры растений и изменение климата
"Меня всегда поражало, что отсутствие клеточного компаса в одном типе клеток может повлиять на динамику и эффективность газообмена всего растения", — говорит Райссиг. Это особенно актуально в свете изменения климата, вызывающего длительные засухи и экстремальную жару.
Злаки играют центральную роль в продовольственной безопасности: кукуруза, рис и пшеница — всё это злаки, обеспечивающие более половины потребляемых человеком калорий. "Поэтому крайне важно понимать, как растения 'дышат' и как и почему злаки формируют более эффективные 'дыхательные' поры", — добавляет Райссиг.
Хотя исследование сосредоточено на биологии развития, его результаты могут быть полезны для улучшения сельскохозяйственных культур. "Устьица — это клеточные привратники между листом и окружающей средой, и они первыми реагируют на изменения климата", — говорит соавтор и аспирантка Роксана Шпигельхальдер.
По её словам, необходимо понять, как и почему злаки формируют наиболее эффективных "привратников", чтобы "дышать" с меньшими затратами воды. Однако вопрос о том, как и можно ли перенести эти выводы на другие культуры, требует дальнейших исследований.