Деление клеток у растений: как собираются клеточные стенки

Исследователи из Университета Мартина Лютера в Галле-Виттенберге (MLU) получили новые данные о базовом процессе деления клеток у растений. Учёным удалось понять, как координируются ключевые процессы для правильного разделения дочерних клеток. В The EMBO Journal они описывают функции определённых компонентов мембран и последствия их нарушения.

Для исследования учёные изучили корни растения резуховидки Таля (Arabidopsis thaliana). Они культивировали нормальные растения и растения с искусственно отключёнными определёнными ферментами, влияющими на состав мембран. Целью было выяснить, какие компоненты мембран важны для деления клеток и почему.

Для развития растениям необходимо деление клеток. Сначала делится генетический материал в ядре, образуя два новых ядра. Затем другие компоненты клетки (например, хлоропласты и митохондрии) распределяются между будущими дочерними клетками внутри родительской клетки.

Только после этого дочерние клетки разделяются новой клеточной стенкой. Процесс можно сравнить со стройкой:

  1. В центре клетки формируется временный каркас из белковых волоконфрагмопласт.
  2. Эти волокна, как рельсы, направляют строительные материалы для клеточной стенки.
  3. Мелкие пузырьки транспортируют новый материал стенки по этим "рельсам".
  4. Сложный слиятельный аппарат собирает материал в более крупную структуру — клеточную пластинку.
  5. Клеточная пластинка растёт от центра к краям, пока полностью не разделит дочерние клетки.

Слиятельный аппарат должен правильно координировать белковые волокна, иначе транспорт "собьётся с пути" и формирование пластинки прекратится.

Биохимические и клеточно-биологические эксперименты показали, что мембранный компонент PI4P играет двойную роль в делении:

  • Контролирует активность слиятельного аппарата.
  • Обеспечивает правильное направление транспорта материала.

Впервые было показано, что PI4P обеспечивает сборку и разборку белкового каркаса фрагмопласта в нужных местах. У нормальных растений это приводит к формированию правильных, плотно прилегающих клеток, что обеспечивает стабильность растения.

У мутантных растений учёные наблюдали серьёзные дефекты деления:

  • Образование увеличенных клеток с несколькими ядрами из-за неудачного разделения.
  • Неполное деление клеток.
  • Хаотичная клеточная ткань с огромной разницей в размерах клеток.

Такая ткань делает всё растение менее стабильным, уменьшает его размер и ухудшает адаптацию к условиям среды.

Эти результаты помогают лучше понять динамику цитоскелета из микротрубочек у растений. Цитоскелет не только определяет направление клеточного транспорта во время деления, но и направляет общий рост растения. Поэтому открытия могут иметь далеко идущие последствия, например, для отложения целлюлозы в клеточных стенках, а значит, для производства биомассы и целлюлозы. Однако сначала необходимо выяснить, применимы ли результаты к другим растениям и как можно целенаправленно регулировать активность изученных ферментов.

2019-02-21