Механическое напряжение формирует симметрию сосудистой ткани корня Arabidopsis

Формирование и поддержание границ тканей — фундаментальный процесс для развития функциональных органов у растений и животных. Обычно границы тканей сначала устанавливаются между клетками-предшественниками, а их форма и расположение уточняются в ходе последующего роста органа.

В этом процессе миграция клеток играет ключевую роль в уточнении границ у животных. Однако ткани растений лишены такой клеточной подвижности из-за наличия клеточных стенок. Несмотря на прогресс в понимании начального паттернирования границ тканей при органогенезе растений, оставалось неизвестным, регулируется ли и как форма границы на последующей фазе роста.

Исследовательская группа под руководством Шунсуке Миясимы из Научно-технологического института Нары (NAIST) определила механизм формирования границы ткани и придания ей симметрии в ходе развития сосудистой ткани корня Arabidopsis. «Локализованная пролиферация, регулируемая сигнальным контуром цитокинина, преобразуется в глобально ориентированное механическое напряжение для симметризации границы растительной сосудистой ткани», — говорит он.

С помощью лазерной абляции клеток и механического моделирования исследователи показали, что позиционно смещённая пролиферация клеток при развитии сосудов создаёт анизотропное поле сжимающего напряжения. Это напряжение сглаживает и симметризует границу между двумя основными типами клеток сосудистой ткани растений — ксилемой и прокамбием.

В качестве молекулярного механизма исследователи обнаружили, что GATA-транскрипционный фактор HANABA-TARANU (HAN) формирует контур прямой положительной связи с ответом на цитокинин. Это определяет положение и частоту деления клеток, тем самым дистально и симметрично ограничивая источник механического напряжения на границе.

Пространственно ограниченная среда сосудистой ткани растения эффективно выстраивает ориентацию напряжения между клетками, создавая обще-тканевое силовое поле, которое механически сглаживает и симметризует границу клеточных типов.

Эта работа раскрывает механизм формирования границ тканей в ходе развития сосудистой ткани корня Arabidopsis. Через позиционно смещённую пролиферацию клеток сигнальный контур цитокинин-HAN организует анизотропное поле сжимающего напряжения, которое сглаживает и симметризует границу ткани.

Работа уникальна тем, что демонстрирует регуляцию механическим напряжением не только в соседних клетках, но и в дистальных участках при формировании тканевого паттерна. Хотя этот механизм показан на растительной системе, вероятно, он действует и в тканях животных. Таким образом, работа проливает новый свет на клеточную механику, участвующую в морфогенезе всех многоклеточных организмов.

Исследование опубликовано в журнале Current Biology.