Коммуникация через кальциевую волну
Растительный гормон ауксин влияет на все аспекты роста и развития растений, от прорастания до плодоношения, и является ключевым драйвером создания биомассы на планете.
Исследователи из Вюрцбургского университета совершили прорыв в понимании механизма действия этого гормона, результаты опубликованы в Nature Communications.
Изучение механизма транспорта
Ауксин, или индол-3-уксусная кислота (IAA), производится, например, в апикальной меристеме побега и транспортируется к клеткам-мишеням, таким как клетки корня.
Команда под руководством профессора Райнера Хедриха исследовала клетки корневых волосков, развитие которых зависит от импорта ауксина. С помощью микроэлектродов, регистрирующих мембранный потенциал, аспирант Юлиан Диндас изучил ранние реакции клетки на импульс гормона.
Ключевые открытия
- Применение IAA вызывало деполяризацию мембранного потенциала клетки корневого волоска.
- Деполяризация зависела от концентрации IAA и длительности воздействия.
- Это указывало, что отрицательно заряженная молекула гормона поглощается в клетку вместе с избытком положительных ионов.
Идентификация сигнального пути
Исследование мутантов Arabidopsis с нетипичным ответом на ауксин, проведенное совместно с генетиками из Фрайбурга (проф. Клаус Пальме) и Ноттингема (проф. Малкольм Беннетт), позволило выявить ключевые компоненты:
- Транспортер ауксина — его отсутствие в мутанте блокировало IAA-опосредованную деполяризацию.
- Рецепторный комплекс — также необходим для ответа.
- Кальциевый канал — его активация приводит к временному повышению уровня кальция в клетке.
Отсутствие любого из этих трех компонентов (транспортер, рецептор, кальциевый канал) полностью блокировало клеточный ответ. Ученые пришли к выводу, что IAA в клетке через рецептор активирует кальциевый канал, что дает клетке инструкцию скорректировать деление и рост в соответствии с гормональным сигналом.
Кальциевая волна как дальнодействующий сигнал
Микроинъекция IAA непосредственно в корневой волосок показала, что обработанная клетка не просто посылает кальциевый сигнал, а запускает самоусиливающуюся кальциевую волну.
Флуоресцентная микроскопия показала, что эта волна достигает кончика корня в течение нескольких минут. В этой области находится ниша стволовых клеток и сенсоры, отвечающие за гравитационно-зависимый рост растения.
Значение открытия
Ранее роль различных концентраций ауксина в дифференцировке клеток изучалась в основном в контексте регуляции генов. Физиологическая роль ауксинового сигнального пути в клеточной мембране оставалась малоизученной.
Новые данные свидетельствуют, что локальные ауксиновые сигналы могут передаваться на большие расстояния с помощью кальциевых волн, создавая ауксиновый сигнал и в удаленных клетках-мишенях. Это может играть ключевую роль в формировании архитектуры корня и реакции растения на внешние воздействия (например, выправление ствола после падения дерева от ветра).
Дальнейшие эксперименты будут направлены на выяснение молекулярных механизмов этого процесса и роли белков "ауксинового сигналосома", идентифицированных вюрцбургскими исследователями.