Раскрыт механизм увядания: гормон запускает сбрасывание органов у растений

Растения постоянно обновляются в течение жизни: весной распускают новые листья, осенью их сбрасывают. Ненужные, повреждённые или отмершие органы, такие как цветки и листья, также отторгаются в процессе, известном как абсциссия. Это позволяет растениям экономить энергию и готовиться к следующему этапу жизненного цикла. Но как растение понимает, когда пришло время избавиться от ненужных органов? Исследователи из Женевского университета (UNIGE) и Университета Осло (UiO) пролили свет на этот процесс.

Как запускается абсциссия

Процесс регулируется рецепторными белками на поверхности специфических клеток, образующих слой вокруг будущей точки отделения. Когда приходит время сбросить орган, небольшой гормон связывается с этим мембранным рецептором, и вместе со вспомогательным белком запускается процесс абсциссии.

«Уже было известно, что мембранный рецепторный белок HAESA и небольшой пептидный гормон IDA участвуют в одном сигнальном пути и вместе контролируют сбрасывание цветочных органов. Однако механизм их взаимодействия оставался плохо изученным», — поясняет Майкл Хоторн, профессор UNIGE.

Определив кристаллическую структуру комплекса HAESA с IDA, команда Хоторна выяснила, что рецептор напрямую распознаёт пептидный гормон. Они обнаружили, что HAESA содержит небольшую щель, в которую идеально вписывается IDA. Однако пептид связывается с рецептором лишь наполовину. Для полной активации процесса абсциссии необходим другой игрок — вспомогательный белок SERK1. IDA действует как двусторонний скотч, скрепляющий весь комплекс вместе. Связывание SERK1 с HAESA и IDA запускает молекулярный переключатель, который даёт клетке команду на отделение органа.

Многофункциональный вспомогательный белок

«Удивительно, что SERK1 не только играет роль в механизме сбрасывания органов, но также действует вместе с другими мембранными рецепторами, регулирующими совершенно иные аспекты развития растений», — отмечает первый автор исследования Хулия Сантьяго. SERK1 — это универсальный вспомогательный белок, используемый в разных сигнальных путях. Связываясь с другими рецепторами, он может, например, сигнализировать растению о необходимости роста.

Для проверки своих выводов биологи из UNIGE сотрудничали с группой Мелинки Бутенко из UiO. Изучая генетически модифицированные растения Arabidopsis thaliana, норвежские исследователи подтвердили роль SERK1 в сбрасывании органов. Статистический анализ их данных выполнил профессор Людвиг Хоторн из Университета Лейбница в Ганновере.

Теперь, когда стало известно, что происходит на поверхности клеток перед абсциссией, команда Майкла Хоторна намерена выяснить, что происходит внутри клетки. «То, как именно работает молекулярный переключатель абсциссии, во многом остаётся загадкой», — заключает Майкл Хоторн.

Результаты исследования опубликованы в журнале eLife.