Обнаружен новый процесс в развитии корня растений

Корневой чехлик защищает нежный кончик растущего корня растения. Каждые несколько часов старый чехлик теряется, и его заменяет новый. Учёных долго озадачивало, как клетки на кончике понимают, когда им нужно отмереть, а клетки, расположенные дальше, — когда делиться и формировать новый слой, особенно учитывая, что эти клетки разделены несколькими рядами.

Исследователи из Университета Осло и Института науки и технологий Австрии (IST Austria) частично решили эту проблему коммуникации. Как они сообщают в сегодняшнем выпуске Nature Plants, учёные впервые наблюдали регулярные циклы потери и восстановления кончика корня в реальном времени и обнаружили сигнал и рецептор, которые координируют этот процесс.

Группа Рейдунн Аален из Университета Осло с постдоком и первым автором Чун-Лин Ши обнаружила сигнал и рецептор, опосредующие коммуникацию на кончике корня. Они выяснили, что клетки корневого чехлика секретируют небольшой пептид IDL1. Этот пептид диффундирует через кончик корня. Клетки апикальной меристемы корня, которые делятся, чтобы сформировать новый чехлик, имеют рецепторный белок HSL2, который воспринимает сигнальный пептид IDL1. Таким механизмом внешние клетки чехлика, которые сбрасываются, и внутренние клетки, которые делятся для их замены, общаются между собой.

Потеря корневого чехлика впервые наблюдалась в реальном времени

Группа Йиржи Фримла в IST Austria, включая бывшего постдока Даниэля фон Вангенхайма и интерна Ивана Кулика, впервые наблюдала, как растения сбрасывают корневой чехлик. С помощью лазерного сканирующего микроскопа, перевёрнутого на бок (метод, ранее разработанный группой), они смогли увидеть потерю чехлика в реальном времени в течение нескольких дней.

Процесс потери чехлика медленный — он сбрасывается примерно раз в 18 часов. «Поскольку потеря и замена корневого чехлика — медленный процесс, его нельзя наблюдать при обычной настройке микроскопа», — объясняет Йиржи Фримл. С перевёрнутым микроскопом Кулик и фон Вангенхайм смогли наблюдать рост корня в течение трёх дней и увидеть периодичность гибели клеток и отслоения чехлика.

Группа Фримла сравнила, как дикий тип Arabidopsis thaliana теряет и заменяет корневой чехлик, с тем, как этот процесс происходит у мутантных растений, предоставленных группой Аален. Они обнаружили, что у растений, в которых нарушена коммуникация через IDL1 и HSL2, клетки корневого чехлика накапливаются на кончике, а не отслаиваются. «Когда сигналинг не работает, гибель и возобновление клеток не скоординированы, и клетки остаются на кончике гораздо дольше, чем должны», — поясняет Фримл.

Вертикальный микроскоп и программное обеспечение TipTracker, разработанное Робертом Хаушфилдом из центра визуализации IST Austria, были необходимы для этой работы. «Корни растут. Пока вы снимаете корень в конфокальном микроскопе, его кончик в итоге вырастает из поля зрения. TipTracker сравнивает положение кончика корня между снимками и автоматически корректирует положение объектива, так что за кончиками можно следить даже в течение нескольких дней», — говорит Кулик.