Раскрыт позиционный передатчик статолитов: он не дает растениям лениться

Растения ориентируют свои органы в соответствии с вектором гравитации: корни растут к центру тяжести, а побеги — в противоположном направлении. Для восприятия гравитации и растения, и животные используют движение статолитов в ответ на наклон. Однако у растений статолит — это высокоплотная органелла, амилопласт, которая оседает под действием силы тяжести внутри гравичувствительной клетки.

Несмотря на важность этого механизма, его точный принцип оставался загадкой более века. Прорывное исследование под руководством профессора Миё Тэрао Мориты из Национального института фундаментальной биологии (NIBB) в Японии показало, что ключом к разгадке является транслокация сигнальных белков с амилопластов на плазматическую мембрану.

Исследование под названием "Клеточная полярность, связанная с гравитационным восприятием, формируется за счет транслокации LZY со статолитов на плазматическую мембрану" опубликовано в журнале Science.

Ранее существовали гипотезы о механизме гравивосприятия, такие как модель силового восприятия и гипотеза позиционного сенсора, но убедительных доказательств не было. В предыдущей работе команда обнаружила, что белки Arabidopsis LAZY1-LIKE (LZY) играют ключевую роль в передаче гравитационного сигнала, полярно локализуясь на плазматической мембране со стороны гравитации. Однако механизм такой локализации оставался неизвестным.

С помощью современных методов визуализации живых клеток, включая вертикальную микроскопию и оптические пинцеты, команда сделала важное открытие. Они обнаружили, что белки LZY локализуются не только на плазматической мембране рядом с амилопластами, но и на самих амилопластах.

"Локализация LZY на плазматической мембране удивила нас, так как она возникает из-за близости амилопластов к мембране", — пояснил Такеши Нишимура, доцент NIBB и первый автор исследования.

"Мы показали, что локализация как на плазматической мембране, так и на амилопластах необходима для грависигналинга в корнях, что указывает на её фундаментальную роль в этом процессе", — добавил Хиромаса Шиката, доцент NIBB и соавтор.

"Белки LZY действуют как сигнальные молекулы, передавая позиционную информацию с амилопластов на плазматическую мембрану, где происходит регуляция транспорта ауксина", — подчеркнула профессор Миё Тэрао Морита.

Это открытие предоставляет убедительные доказательства в пользу "гипотезы позиционного сенсора", объясняющей гравивосприятие у растений через близость или контакт статолитов с плазматической мембраной.

Ген LAZY1 был первоначально идентифицирован как ответственный за мутацию гравитропизма у риса. Его аналоги консервативны у различных наземных растений, что подчеркивает их фундаментальную значимость. Характерный "ленивый" фенотип, проявляющийся в горизонтальном росте ветвей и корней, наблюдается у мутантов этих генов у многих видов растений, включая сельскохозяйственные культуры. Дальнейшие исследования LZY могут повлиять на технологии управления архитектурой и продуктивностью растений.