Ученые обнаружили, как клеточные стенки растений направляют стволовые клетки

Новое исследование, опубликованное в Science под руководством доктора Ян Вэйбина из Центра передового опыта в области молекулярных наук о растениях Китайской академии наук, выявило «молекулярного привратника», контролирующего жесткость клеточных стенок и напрямую влияющего на судьбу стволовых клеток растений.

Как клеточная стенка управляет ростом

Ученые обнаружили «бимодальную» картину жесткости в центре стволовых клеток — апикальной меристеме побега. Зрелые стенки — «жесткие», а новая стенка, формирующаяся при делении клетки, изначально «мягкая» и гибкая.

Разница в жесткости контролируется химической модификацией гелеобразного компонента стенки — пектина. Жесткие стенки содержат высоко метилированный пектин, а мягкие новые стенки — деметилированный.

Роль PME5 и ядерной секвестрации

Ключевым ферментом, размягчающим пектин, оказался PME5. Ученые обнаружили хитрый механизм его регуляции: матричная РНК (mRNA) этого фермента удерживалась «под замком» внутри ядра клетки.

Только во время активного деления клетки, когда ядро временно разбирается, PME5 mRNA высвобождается. Она немедленно транслируется в фермент PME5, который доставляется точно к месту формирования новой стенки, размягчая ее именно там и тогда, где это необходимо. Это гарантирует, что зрелые стенки остаются жесткими, а новые — гибкими для правильного позиционирования.

Нарушение этого механизма (преждевременный выход mRNA из ядра) привело к хаосу: паттерны деления клеток стали дезорганизованными, активность стволовых клеток резко упала, а растения росли карликовыми и давали странные сгруппированные плоды.

Значение для сельского хозяйства и урожайности

Механизм ядерной секвестрации — это сложная форма регуляции генов, характерная не только для PME5, но и для нескольких родственных ферментов. «Бимодальная» картина стенок была обнаружена у различных культур, таких как кукуруза, соя и томат, что указывает на ее фундаментальный принцип роста растений.

Ключевые признаки урожая, такие как количество побегов, длина метелок и число семян, определяются активностью стволовых клеток. Расшифровка этого «кода» клеточной стенки может в будущем позволить создавать культуры с улучшенной архитектурой и более высокой урожайностью.