Низкий уровень кислорода необходим для работы стволовых клеток растений
Растения производят огромное количество кислорода в процессе фотосинтеза. Однако при наводнениях их ткани могут испытывать сильную нехватку кислорода (гипоксию), что ежегодно приводит к значительным потерям урожая у основных сельскохозяйственных культур, таких как рис, пшеница и ячмень.
Исследователи из Копенгагенского университета, Университета Пизы, RWTH Ахенского университета и Гейдельбергского университета обнаружили, что низкие концентрации кислорода (гипоксия) создают необходимые условия для роста растений.
С помощью нового поколения микроскопических кислородных зондов учёные измерили концентрацию кислорода в небольшом участке ткани (апикальной меристеме побега), содержащем около 30 клеток. Было установлено, что в этой области низкий уровень кислорода окружает стволовые клетки, ответственные за производство новых листьев и цветов.
В этой нише гипоксия контролирует скорость образования новых листьев, способствуя стабильности белка ZPR2, который отвечает за пролиферацию и дифференцировку клеток.
Таким образом, хотя большинство тканей растений сильно страдает от гипоксии во время наводнений, новое исследование ясно показывает, что гипоксия является необходимым условием для поддержания стволовых клеток.
Это открытие следует за предыдущими работами по контролю метаболизма растений в анаэробных условиях, также опубликованным в Nature и Nature Communications, и представляет собой шаг вперёд в понимании того, как производство новых органов связано с параметрами окружающей среды.
Требование низкого уровня кислорода для поддержания стволовых клеток не является уникальным для растений. Этой же особенностью обладают несколько типов стволовых клеток животных, включая человеческие. Это примечательно, поскольку растения и животные эволюционно очень далеки друг от друга, но оба представляют высший уровень сложности многоклеточной организации. По-видимому, создание и поддержание низкого уровня кислорода является необходимым условием для активности "фабрик" новых клеток и, следовательно, развивалось независимо как у растений, так и у животных.
Применение этого открытия имеет два аспекта:
- Селекционеры получают новую мишень для выведения сортов сельскохозяйственных культур, лучше адаптированных к поддержанию продуктивности в неоптимальных условиях, влияющих на дыхание (например, при высокой температуре или быстром затоплении).
- Исследователи смогут сравнивать стволовые клетки растений и животных, чтобы раскрыть секреты их поддержания и развития органов.