Клетки растений используют механические сигналы для регенерации поврежденных тканей

Растения обладают впечатляющей способностью регенерировать поврежденные ткани, но механизмы этого процесса до конца не изучены. Исследователи из Японии обнаружили, как это происходит.

В исследовании, опубликованном в Nature Communications, группа ученых из Университета Осаки показала, что клетки внутри листьев могут определять механическое давление — или его отсутствие — чтобы понять свое местоположение и решить, в какой тип клеток превратиться в ответ на повреждение.

У наземных растений эпидермис — это внешний слой ткани, который образует границу между внешней средой и внутренними тканями. Он защищает растение от стрессов. Изучение этого типа клеток показало, что определение клеточной судьбы зависит от местоположения клетки в развивающемся растении; например, эпидермис формируется только из самых наружных клеток.

«До сих пор было неизвестно, как эпидермис формируется исключительно из самых наружных клеток растения, — говорит ведущий автор исследования Хироюки Иида. — В этой работе мы исследовали механизмы этого процесса».

Для этого исследователи с помощью острых пинцетов снимали эпидермис с листьев проростков. Это обнажало клетки мезофилла — «средней части листа», лежащей под эпидермисом и состоящей из слоев клеток, специализирующихся на фотосинтезе. Это воздействие заставляло данные клетки повышать экспрессию гена ATML1, который, как известно, способствует дифференцировке клеток эпидермиса.

«Когда мы прикладывали механическое давление к обнаженному участку, этого было достаточно, чтобы снизить экспрессию ATML1 в самых наружных клетках мезофилла, — говорит старший автор Синобу Такада. — Этот результат показал, что для активации ATML1 в обнаженных клетках мезофилла необходимо снятие этого давления».

Эти данные показывают, что клетки растений могут определять механические силы и свое положение относительно поверхности листа — находятся ли они на поверхности или во внутренних тканях — и, как следствие, дифференцироваться в подходящие типы клеток.

«В частности, наши результаты указывают, что сигналы о местоположении клеток относительно поверхности растения, например, через механическую сигнализацию, используются для ограничения активности ATML1 клетками на поверхности и позволяют регенерировать клетки эпидермиса», — объясняет Иида.

Результаты исследования не только дали ответ на давний вопрос о молекулярных мишенях для изменения клеточной судьбы в эпидермисе и мезофилле листьев растений, но и предложили новые представления о механизмах определения клеточной судьбы в зависимости от положения у растений. Это может привести к лучшему пониманию механизмов, лежащих в основе высокого регенеративного потенциала растений.