Белок BRAVO и белок WOX5 взаимодействуют, чтобы регулировать деление стволовых клеток корня растений

Мультидисциплинарная исследовательская группа под руководством биолога из CSIC в CRAG Аны И. Каньо Дельгадо и физика из Университета Барселоны Марты Ибаньес обнаружила, что два белка стволовых клеток растений, BRAVO и WOX5, физически взаимодействуют и регулируют друг друга, подавляя клеточное деление. Их взаимодействие ключевое для выживания растения при геномном и экологическом стрессе, таком как экстремальный холод, жара или затопление. Результаты, полученные на модельном растении Arabidopsis thaliana, опубликованы в Molecular Systems Biology.

"Предыдущие работы показали, что потеря любого из белков, BRAVO или WOX5, приводила к делению стволовых клеток корня. Однако их молекулярная связь не была понятна", — объясняет Ана И. Каньо Дельгадо.

"Математические модели, которые мы создали, позволили осмыслить огромный массив данных, собранных командой CRAG", — добавляет Марта Ибаньес.

Эти новые математические модели теперь позволят проводить эксперименты in silico, моделируя гипотетические ситуации в стволовых клетках корня, например, эффект применения гормонов или возможные реакции во время стрессовых ситуаций.

Центр покоя: резервуар стволовых клеток

В кончике первичного корня растения есть набор стволовых клеток, обеспечивающий неограниченный рост. Большинство из них быстро делится, создавая другие стволовые клетки и различные клетки тканей корня. Однако на одном конце этой ниши есть несколько стволовых клеток, которые делятся медленнее; эта область называется "центром покоя".

Каждый раз, когда клетка дублирует свой генетический материал для деления, существует риск ошибок репликации. Поэтому стволовые клетки центра покоя представляют собой страховой резерв генетически безопасных клеток. При необходимости эти клетки могут "проснуться" и делиться, чтобы заполнить нишу стволовых клеток.

Именно в этих немногих клетках центра покоя белки BRAVO и WOX5 выполняют свою важную функцию: подавление клеточного деления.

"Мы создали растения арабидопсиса с одновременными мутациями в генах BRAVO и WOX5 и наблюдали, что у них была снижена способность к регенерации корней, которые были короче и менее обильными", — объясняет Исабель Бетегон-Путсе, первый автор статьи.

При сильном или продолжительном стрессе в нише стволовых клеток происходят два специфических ответа: гибель быстро делящихся стволовых клеток и активация клеток центра покоя. Клетки центра покоя активируются, например, после среза кончика корня, замораживания корня или отравления свинцом. Таким образом они заменяют погибшие стволовые клетки, позволяя корню продолжать расти и развиваться правильно, что, в свою очередь, гарантирует питание и поддержку растения.

Понимание молекулярных механизмов, регулирующих эти процессы, ключевое для получения более устойчивых сельскохозяйственных культур, особенно в условиях усиления экстремальных климатических явлений.