Как растения залечивают раны

Многие животные и растения регенерируют ткани или даже целые органы после повреждения. Обычно специализированные клетки в месте раны возвращаются в «плюрипотентное» состояние — посредством процесса, называемого дедифференцировкой. Это означает, что они вновь обретают способность развиваться в различные типы клеток, необходимые для регенерации. Дедифференцированные клетки быстро делятся, образуя каллус, из которого будет регенерировать повреждённая ткань или орган. Исследовательская группа из RIKEN Plant Science Center в Йокохоме идентифицировала главный регулятор ответа растений на повреждение.

У биологов развития есть свидетельства, что раневой ответ у млекопитающих генетически запрограммирован и включает факторы транскрипции — белки, регулирующие экспрессию генов. Однако точные молекулярные механизмы, лежащие в основе дедифференцировки и редифференцировки клеток, плохо изучены как для животных, так и для растений, объясняет руководитель группы Кейко Сугимото.

Старший постдокторант в лаборатории Сугимото, Акира Ивасэ, ранее идентифицировал фактор транскрипции WIND1, который экспрессировался в культивируемых клетках Arabidopsis, но не в здоровых проростках. Его находки позволили предположить, что WIND1 может быть вовлечён в раневой ответ. Используя трансгенные проростки, Ивасэ вместе с Сугимото и коллегами продемонстрировали, что экспрессия WIND1 значительно возрастает в местах повреждений в течение часов после ранения и продолжается на протяжении всего развития каллуса.

Ивасэ, Сугимото и коллеги также показали, что проростки Arabidopsis, генетически модифицированные для сверхэкспрессии WIND1, демонстрировали ряд аномалий развития. Они обнаружили, что наиболее серьёзные дефекты были связаны с особенно высоким уровнем экспрессии WIND1. К ним относились остановка развития после прорастания и рост недифференцированных каллусоподобных клеточных масс в местах, где в норме формируются корни или побеги.

Кроме того, исследователи обнаружили, что каллусоподобные клеточные массы продолжали быстро пролиферировать, будучи отделёнными от растения и выращенными в культуре. Это происходило даже при отсутствии в культуральной среде ауксина и цитокинина — двух растительных гормонов, давно известных своим участием в нормальном процессе регенерации. Дальнейшие эксперименты также подтвердили важность WIND1 в формировании каллуса in vivo.

Затем исследователи изучили механизм действия WIND1. Они обнаружили, что ранение индуцирует цитокининовый ответ, включающий повышенную экспрессию так называемого «B-типа арабидопсисового регулятора ответа» (ARR). Дальнейшие эксперименты подтвердили, что WIND1 действует через ARR-зависимый сигнальный путь, чтобы стимулировать дедифференцировку клеток.

«Наши результаты ясно демонстрируют, что WIND1 функционирует как ключевой молекулярный переключатель, запускающий дедифференцировку клеток у Arabidopsis», — объясняет Сугимото. — «Открытие WIND1 должно позволить нам установить специфическую роль транскрипционных регуляторов в дедифференцировке клеток».