Учёные выяснили, что заставляет растения «свёртываться»

Исследователи из Университета Делавэра идентифицировали два новых молекулярных игрока, необходимых для регуляции плазмодесм — каналов связи в растениях, которые соединяют отдельные клетки с соседними для распределения и обмена питательными веществами, минералами и клеточными сигналами. Это открытие проливает свет на одну из загадок биологии растений — структуру, фундаментально важную для выживания и формирования тела растения.

«У растений нет свободно перемещающихся клеток, как у людей, потому что растительные клетки как бы склеены вместе. Поэтому у них должен быть другой способ общения, и это эти каналы», — пояснила Вейер Цуй, постдокторант.

Исследование, опубликованное в журнале Nature Plants, было проведено Цуй и профессором Чжун-Ён Ли. Работа финансировалась Национальным научным фондом (NSF) и Национальными институтами здравоохранения (NIH).

Предыдущие исследования

«Наша лаборатория изучает, как растительные клетки регулируют «открытие» плазмодесм, чтобы облегчить или заблокировать межклеточное движение в ответ на вызовы окружающей среды. Наше предыдущее открытие впервые связало закрытие плазмодесм при атаке растений микробными патогенами как врождённый иммунный ответ», — сказал Ли.

Новое исследование показывает, что каналы закрываются не только из-за иммунного ответа, но и в ответ на механическое повреждение.

Каллоза

С помощью целевого скрининга мутантов растений Arabidopsis Цуй идентифицировала два гена, кодирующих ферменты, которые катализируют производство полимеров клеточной стенки, называемых каллозой. Каллоза не является структурным компонентом клеточной стенки и функционирует как переходный материал, образующийся в местах деления клеток или ранения.

«Наша задача — найти молекулы, которые могут быть привратниками каналов, иногда ограничивая, а иногда открывая их. Каллоза — одно из важнейших физических ограничений плазмодесм», — сказала Цуй.

Когда сигналы или питательные вещества необходимо активно перемещать между клетками, уровень каллозы падает, что позволяет клеткам растений усиливать общение. Когда молекулярное движение необходимо заблокировать, уровень каллозы повышается.

Исследование показывает, что два фермента отвечают за изменение уровня каллозы в плазмодесмах: один работает, когда растение заражено патогеном, а другой функционирует в ситуациях, когда растения подвергаются стрессу абиотического характера.

«Если вы раните листья растений, они откладывают большое количество каллозы в месте ранения... В то же время они также откладывают конечное количество каллозы вокруг каналов между неповреждёнными клетками рядом с повреждёнными, умирающими клетками. Здесь, по-видимому, функционируют разные члены фермента, которые мы недавно идентифицировали, чтобы закрыть каналы, потому что изоляция здоровых клеток, возможно, необходима для их защиты», — сказала Цуй.

Следующие шаги

Теперь, когда идентифицированы «молекулярные игроки», критически важные для изменения проницаемости плазмодесм, исследователи могут использовать молекулярную и генетическую информацию для поиска других компонентов регуляторного пути или механизма плазмодесм.

«Наше открытие действительно открывает множество возможностей во всей области», — сказал Ли. «Эти два гена, которые мы идентифицировали, являются новыми регуляторами проницаемости плазмодесм, что позволяет нам и другим использовать их в качестве новых молекулярных инструментов для дальнейших исследований».