Ученые раскрыли механизм сборки кожи растений
Впервые ученые определили, как формируется кожа растений.
Все растения имеют кожу (кутикулу), покрывающую надземные части. Она состоит из восков и полимерной сети — крупной молекулы, построенной из мономеров жирных кислот (кутина), связанных между собой.
Результаты, опубликованные онлайн 21 мая и представленные в июльском выпуске Nature Chemical Biology, имеют важное значение для сельского хозяйства. Понимание базовой биологии растительной кожи открывает путь к разработке методов предотвращения болезней растений и других нарушений, связанных с кутикулой.
Кутикула растений необходима для:
- Предотвращения высыхания листьев, стеблей, цветов и плодов.
- Создания барьера против патогенов.
- Защиты от ультрафиолетового излучения.
- Предотвращения срастания органов в процессе развития.
Восковое покрытие также отвечает за «эффект лотоса», из-за которого вода скатывается с поверхности растения, унося с собой пыль и споры микробов.
Ключевое открытие
Исследователи изучили мутантные томаты с очень тонкой кожей, которая легко высыхала. В них обнаруживались мономеры кутина, но почти не было полимера кутина. У здоровых томатов был выделен фермент CD1, ответственный за «сшивание» мономеров кутина в полимер. У мутантов этот фермент отсутствовал, вероятно, из-за мутации в кодирующем его гене.
У нормальных томатов процесс сборки происходит так:
- Мономеры кутина секретируются на внутренней стороне кожи растения, у края полисахаридного слоя.
- Они перемещаются через этот слой.
- Около поверхности кожи фермент CD1 сшивает их в полимеры.
Эволюционное значение
Генные последовательности, родственные гену CD1 томата, найдены у всех наземных растений, включая мхи — близких родственников первых растений, вышедших на сушу. Однако подобные гены не обнаружены у водорослей, которым не нужна кожа, предотвращающая высыхание.
Это говорит о том, что эволюция ферментов, подобных CD1, проложила путь для формирования восковой кутикулы и позволила растениям колонизировать сушу более 400 миллионов лет назад.
Перспективы
Поскольку кутикула — динамичная структура, изменяемая окружающей средой, дальнейшие исследования будут сосредоточены на понимании регуляции фермента CD1 и адаптации растений к меняющимся условиям.
Исследование финансировалось Национальным научным фондом (NSF), Фондом двусторонних сельскохозяйственных исследований и развития США и Израиля (BARD), Министерством сельского хозяйства США (USDA), Датским советом по стратегическим исследованиям и Национальными институтами здравоохранения (NIH).