Исследование раскрывает неуловимый процесс, необходимый для позеленения растений
Несмотря на важность растений для жизни на Земле, мало что известно о том, как части растительных клеток управляют ростом и позеленением. Создав мутантные растения, исследователи из Калифорнийского университета в Риверсайде обнаружили путь клеточной коммуникации, который ученые искали десятилетиями.
И растения, и люди имеют специализированные светочувствительные белки. У людей эти белки находятся в сетчатке, позволяя нам видеть. У растений они называются фитохромами и расположены в основном в ядре, которое служит главным регулятором активности клетки.
Процесс фотосинтеза, который превращает углекислый газ в сахар и стимулирует рост растений, начинается, когда свет попадает на фитохромы в ядре. Затем ядро должно отправить команду суборганелле, называемой пластидой, чтобы она превратилась в хлоропласт, который производит зеленый пигмент хлорофилл.
«Ядро похоже на федеральное правительство клетки, а суборганелла, называемая пластидой, функционирует скорее как штат», — сказал Мэн Чен, доцент клеточной биологии. «До сих пор мы не знали, как ядро отправляет команду "зеленеть" пластидам, приказывая им активировать свои гены фотосинтеза».
Чтобы найти ответ, команда Чена создала небольшие цветущие растения, химически модифицированные так, чтобы они не могли производить хлоропласты даже при воздействии света. Затем они искали мутантов, которые были бы одновременно альбиносами и высокими. Им удалось создать такие мутанты.
Сравнение ДНК дикого растения с ДНК мутантного позволило команде идентифицировать два гена, ответственных за регуляцию позеленения.
«Растения без любого из этих генов не реагируют на свет, становясь высокими и альбиносными проростками», — сказал соавтор исследования Чан Юл Ю.
Понимание главного контроля развития хлоропластов может иметь глубокие последствия для новых технологий, улучшающих урожайность и помогающих растениям справляться с изменением климата. Однако преимущества этого открытия не ограничиваются растениями. Лаборатория Чена финансируется Национальными институтами здравоохранения (NIH) из-за последствий этой работы для исследований рака.
Митохондрии, генераторы энергии в клетках растений и животных, играют роль в раке, поскольку участвуют в запрограммированной гибели клеток. Коммуникация между ядром клетки и митохондрией аналогична коммуникации между ядром растительной клетки и хлоропластами.
«Раскрытие пути коммуникации ядро–хлоропласт у растений может дать новое понимание экспрессии генов в человеческих клетках и её нарушения при раке», — сказал Чен.