Как растения распределяют поры для дыхания
Распределение пор для дыхания у растений зависит от поддержания активности белка SPEECHLESS (SPCH) во время роста стволовых клеток, как показали учёные из John Innes Centre.
Растительные поры, называемые устьицами (стоматами), необходимы для жизни. Когда они появились около 400 миллионов лет назад, они помогли растениям завоевать сушу. Растения поглощают углекислый газ через устьица и выделяют кислород и водяной пар в рамках углеродного и водного циклов Земли.
Устьица должны быть равномерно распределены для максимизации дыхательной способности. Однако то, как они формируют равномерный пространственный паттерн во время роста растения, оставалось загадкой.
В статье, которая будет опубликована в Science, учёные показывают, что способность клеток делиться и формировать устьица сохраняется только в одной из двух дочерних клеток, образующихся при каждом делении. Этот паттерн, известный как поведение стволовых клеток, также встречается у некоторых животных клеток, например, формирующих кожу или кость.
В случае с устьицами свойство стволовой клетки зависит от того, что белок SPEECHLESS (SPCH) остаётся активным в единственной дочерней клетке. Эта дочерняя клетка удерживается в центре своих клеточных "родственниц" посредством своеобразного молекулярного танца, в ходе которого полярность клеток переключается при каждом делении. В конечном итоге дочерняя клетка формирует устьице, окружённое нефотосинтезирующими "родственницами", что обеспечивает равномерное распределение устьичных пор.
"Раскрытие этого механизма стало возможным только благодаря достижениям в методах визуализации живых клеток и компьютерного моделирования", — сказал профессор Энрико Коэн из JIC.
Компьютерное моделирование предсказало правила, которые учёные смогли подтвердить экспериментально на растении Arabidopsis. Они отслеживали различные маркеры, такие как флуоресцентный белок, чтобы увидеть паттерны, формирующиеся в растущих листьях.
Исследование может помочь учёным адаптировать количество и расположение устьиц к разным условиям окружающей среды. Это позволит регулировать эффективность поглощения растениями углекислого газа или выделения водяного пара.