Как гормоны растений контролируют рост корней

Растения способны к неограниченному росту корней, что требует баланса между делением и удлинением клеток. Ключевую роль в этом балансе играют гормоны брассиностероиды. Исследование группы доктора Дженни Русиновой (VIB-Гентский центр системной биологии растений) раскрывает, как локализованная выработка брассиностероидов в корнях обеспечивает оптимальные паттерны роста. Работа опубликована в журнале Nature Plants.

Роль гормонов

На кончике корня группа делящихся клеток постоянно поставляет новые клетки, что продвигает корень вперёд. Баланс между делением и удлинением клеток контролируется различными молекулами, включая пептиды, активные формы кислорода и гормоны — ауксин и цитокинин.

Брассиностероиды также играют важную роль в балансировке скоростей деления и удлинения клеток. Сигнальный каскад, запускаемый этим гормоном, особенно активен в зоне удлинения корня, но механизм его специфической активации в этой области оставался неизвестным.

Доктор Дженни Русинова: «Поскольку брассиностероидные гормоны участвуют в устойчивости растений к стрессу, инструменты, созданные в этой работе, позволят отслеживать распределение гормона в ответ на различные биотические и абиотические стрессы. Таким образом, наше наблюдение окажет большое влияние на понимание продуктивности растений в условиях изменения климата».

Локализованный синтез

Доктор Неманя Вукашинович и Яовэй Ван под руководством доктора Русиновой обнаружили, что уровень брассиностероидной сигнализации в разных зонах корня модельного растения Arabidopsis thaliana контролируется локально ограниченным синтезом самого гормона.

Используя конфокальную микроскопию и специально созданный микроскоп с вращающимся диском для вертикального роста растений (лаборатория Фендриха, Прага), исследователи показали, как растения, контролируя уровни экспрессии ферментов биосинтеза брассиностероидов, могут ограничивать область производства гормона.

Доктор Неманя Вукашинович: «Наше исследование основывалось на том, что брассиностероиды являются гидрофобными соединениями и вряд ли обладают высокой мобильностью в тканях растений. Мы предположили, что изучение паттернов локализации ферментов биосинтеза брассиностероидов покажет, как распределён гормон. Это оказалось верной идеей, поскольку эти паттерны выявили повышенные уровни экспрессии ферментов в зоне удлинения. Это было главным открытием, вокруг которого мы построили все остальные эксперименты».

В сотрудничестве с лабораторией Стднада в Оломоуце исследователи прямыми измерениями подтвердили, что уровни брассиностероидов поддерживаются на низком уровне в пролиферирующих клетках на кончике корня, в то время как более высокие концентрации гормона производятся в зоне удлинения корня.