Скорость цитоплазматического течения определяет размер растений

Цитоплазматическое течение — процесс постоянного перемешивания содержимого растительных клеток. Хотя оно открыто более 200 лет назад, его точная функция оставалась неясной. Мото́ки Томинага из Исследовательской группы молекулярной визуализации живых клеток RIKEN и его коллеги показали, что скорость этого течения — ключевой фактор, определяющий размер растений.

Цитоплазматическое течение — это механизм «перемешивания», который, как считается, обеспечивает равномерное распределение питательных веществ и других молекул по клетке. Движение генерируется белком миозином XI, двигательный домен которого позволяет ему скользить по актиновым филаментам цитоскелета.

Генетическое «выключение» (нокаут) белков миозина XI приводит к дефектам роста растений. Чтобы исследовать связь между скоростью течения и размером клеток, учёные разработали новый подход. Вместо нокаута они изменили скорость движения миозина XI у резуховидки Таля (Arabidopsis thaliana), заменив его двигательный домен на более быстрый вариант из водоросли Chara corallina или более медленный — из человека.

Введение более быстрого двигательного домена увеличило скорость цитоплазматического течения и привело к появлению более крупных растений с большими листьями, большей высотой и массой. Соответственно, более медленный человеческий двигательный домен дал противоположный результат — замедление течения и уменьшение размеров растений. Различия в размере растений были обусловлены различиями в размерах клеток, а не их количеством. Результаты показывают, что более быстрое цитоплазматическое течение позволяет растительным клеткам становиться крупнее.

Эти данные не только впервые демонстрируют функцию цитоплазматического течения, но и могут предложить новый способ контроля размера растений, чтобы они могли преодолевать ограничения окружающей среды.

Многие попытки увеличения размера сельскохозяйственных культур сталкиваются с проблемой: более высокие растения могут падать от ветра и дождя. Предложенная система может решить эту проблему. Экспрессия более медленного миозина XI в побеге и более быстрого — в других тканях (листьях, корнях) может позволить создать растения с высокой устойчивостью к погодным условиям, но с увеличенной биомассой.