Пептид растений помогает корням ветвиться в нужных местах

Японская исследовательская группа идентифицировала пептид и его рецептор, которые помогают боковым корням расти с правильным интервалом. Результаты были опубликованы 20 декабря 2018 года в онлайн-версии журнала Developmental Cell.

Корневые системы растений формируются в основном за счет боковых корней, которые растут из ткани внутри существующих корней. Эти корни образуются из "клеток-основателей боковых корней", расположенных на равномерно распределенных интервалах на расстоянии от меристематической ткани. Предыдущие исследования на растениях Arabidopsis показали, что клетки-основатели боковых корней образуются в местах с высокой реакцией на химическое вещество ауксин, и указали, что индуцируемый ауксином фактор транскрипции LBD16 может ингибировать образование корней в соседних клетках.

Совместная исследовательская группа, используя модельное растение Arabidopsis, нашла ген, активируемый фактором транскрипции LBD16, и успешно идентифицировала ген TOLS2. Ген TOLS2 в основном экспрессируется в клетках-основателях боковых корней и корневых зачатках. У растений Arabidopsis с гиперэкспрессией TOLS2 количество боковых корней уменьшается, что указывает на способность гена TOLS2 ингибировать образование клеток-основателей боковых корней. Анализ секретов растений с гиперэкспрессией TOLS2 показал, что зрелый пептид TOLS2 состоит из 11 аминокислот. Искусственное добавление зрелого пептида TOLS2 к дикому типу Arabidopsis привело к уменьшению количества клеток-основателей и самих боковых корней.

Дальнейшее исследование позволило идентифицировать рецептор для TOLS2 как RLK7. Белки RLK7 экспрессируются во внутреннем чехле корней (где расположены клетки-основатели), эндодерме и дермальном слое, но не в самих клетках-основателях боковых корней. Вероятно, эти белки подавляют образование боковых корней в клетках, соседних с клетками-основателями.

Используя технологию редактирования генома CRISPR/Cas9, команда исследовала формирование боковых корней у других генетически модифицированных образцов растений. Результаты подтвердили, что пептид TOLS2 и рецептор RLK7 необходимы для сохранения правильного интервала между клетками-основателями боковых корней. На основе этого анализа исследовательская группа предложила модель, согласно которой Arabidopsis, реагируя на ауксин и индуцируя пептид TOLS2 в клетках-основателях боковых корней, через рецепторы RLK7 неавтономным образом ингибирует образование соседних клеток-основателей.

Профессор Фукаки отмечает, что понимание механизма TOLS2-опосредованного ингибирования у Arabidopsis поможет понять механизмы формирования корней у других растений, таких как сельскохозяйственные культуры и деревья. Если у других растений есть пептиды, выполняющие ту же функцию, что и TOLS2, этот механизм потенциально можно использовать для искусственного контроля паттернов формирования корней.