Механизмы "менопаузы" у растений идентифицированы

У растений с однократным репродуктивным эпизодом (монокарпиков) начало размножения отмечено формированием первых цветков. Сигналы, контролирующие начало цветения, хорошо изучены (свет, сезонные изменения, температура, возраст растения и т.д.). Однако существует другое критическое событие для размножения — его окончание. У многих видов производство цветков прекращается после формирования определённого количества плодов. Это остановка отмечена прекращением активности меристем — резервов стволовых клеток, поддерживающих рост и производство органов растения.

Этот процесс известен как пролиферативный аррест, который можно назвать "менопаузой" растения. Он представляет собой важную эволюционную адаптацию, поскольку, не формируя новых органов (цветков и плодов), растение обеспечивает перераспределение питательных веществ на производство семян, что позволяет их оптимальному развитию и переносу вида.

Несмотря на экологическую и экономическую значимость, о факторах, контролирующих пролиферативный аррест, известно мало. Для этого исследования группа использовала методы молекулярной и клеточной биологии, генетики и анализа изображений на модельном виде Arabidopsis thaliana, чтобы определить с высоким пространственно-временным разрешением последовательность молекулярных и клеточных событий, запускающих аррест.

Цитокинины контролируют аррест

Было проведено детальное изучение изменений в меристеме перед аррестом: как и когда клетки прекращают делиться, когда появляются первые признаки старения меристемы, когда исчезает активность стволовых клеток.

Также были изучены важные для поддержания пролиферации гормоны растений — цитокинины. С помощью флуоресцентных маркеров было обнаружено, что их активность полностью блокируется в момент арреста, что указывает на их вероятную роль как триггеров остановки. Экспериментально подтверждено, что внешняя обработка меристем цитокининами предотвращает аррест производства стволовых клеток.

Прорывное исследование с несколькими применениями

Исследование является прорывным, поскольку впервые позволило детально увидеть, как ведут себя меристемы и какие изменения они претерпевают. Это позволит разрабатывать новые эксперименты для контроля периода цветения и его окончания или для идентификации других факторов, вовлечённых в этот контроль.

Поскольку пролиферативный аррест — общий процесс для широкого спектра видов, описанные процессы актуальны для новых биотехнологических подходов, направленных на увеличение урожая сельскохозяйственных культур путём:

• продления продолжительности периода цветения,
• отсрочки пролиферативного арреста.

Данные показывают, что цитокинины предотвращают пролиферативный аррест и, следовательно, продлевают период производства. Поэтому пути, связанные с этими гормонами, являются перспективными мишенями в программах улучшения растений.

Урожайность многих культур в значительной степени зависит от условий окружающей среды. Поэтому получение растительных сортов с более обширной репродуктивной фазой или с поздним пролиферативным аррестом позволило бы корректировать производство в условиях конкретных климатических изменений.