Объяснено, как корни растений создают градиент гормона роста
Исследовательская группа, разработавшая биосенсор, впервые зафиксировавший четкий градиент гормона роста гиббереллина в зависимости от размера клеток растения, теперь раскрыла механизм формирования этого паттерна в корнях.
Превращение недифференцированных стволовых клеток в специализированные клетки корней, стеблей, листьев и репродуктивных органов регулируется фитогормонами. Мутации, затрагивающие класс гиббереллинов (GA), лежали в основе создания высокоурожайных полукарликовых сортов пшеницы и риса во время "Зеленой революции". Сегодня известно, что GA регулируют рост и развитие на протяжении всего жизненного цикла растения.
Коллаборация ученых из Кембриджского университета (Александр Джонс) и Ноттингемского университета (Лия Бэнд и Маркус Оуэн) объяснила биохимические этапы, ответственные за характерное распределение GA в растущих корнях, в статье для PNAS.
Ключевой вопрос и подход
Ранее был обнаружен четкий продольный градиент GA от кончика корня до зоны растяжения, коррелирующий с размером клеток у Arabidopsis thaliana. Однако механизм его создания был неизвестен. Для поиска ответа исследователи объединили математическое моделирование с экспериментальными наблюдениями.
Результаты моделирования
Математики из Ноттингемского университета создали вычислительную модель динамики GA в корне. Сравнение предсказаний модели с данными биосенсора GA показало, что согласование возможно только при условии, что клетки зоны растяжения обладают высоким синтезом GA и повышенной проницаемостью.
Экспериментальная проверка
Используя биосенсор GA, команда исследовала ключевые этапы биосинтеза GA и проницаемость клеточных мембран. Было показано, что:
- Каждая область корня имеет уникальную комбинацию важных регуляторных этапов.
- Этап, который обычно считался лимитирующим, оказался наименее важным для формирования положения и наклона градиента GA в корне.
- Различия в проницаемости клеточных мембран для GA вносят вклад в создание градиента.
Значение исследования
Как отметил д-р Джонс, это исследование помогает объяснить, какие компоненты играют ключевую роль в контроле распределения мобильного гормона у растений. Целями для тонкой инженерии могут стать процессы синтеза, деградации и транспорта GA.
Детальное понимание того, как распределение GA связано с ростом корней и как контролируются эти градиенты, предоставляет ценную модель для углубления знаний о влиянии распределения гормонов на рост растений в целом.