Как растения используют «вредные» молекулы для полезных целей

Корни, скрытые в почве, играют критическую роль: закрепляют растение и поглощают воду и питательные вещества. Биолог Филип Бенфи и его коллеги Масаши Ямада и Синьвэй Хан раскрыли новые детали в каскаде событий, управляющих ростом корней. Это исследование может привести к созданию более продуктивных сельскохозяйственных культур, оптимизированных для разных типов почв.

Когда корень продвигается в почве, стволовые клетки в его кончике должны решить: продолжать делиться или специализироваться в другие типы клеток. В исследовании, опубликованном в журнале Nature, учёные показали, что часть этой информации клетки получают от веществ, которые обычно считаются вредными.

Речь идёт о реактивных формах кислорода — естественных побочных продуктах клеточного дыхания. Их долго описывали как сигналы стресса, способные повредить ткани. Однако работа Бенфи демонстрирует, что они также участвуют в передаче клеточных сигналов.

В исследовании на цветковом растении Arabidopsis thaliana учёные обнаружили, что рост корня частично регулируется взаимодействием двух типов реактивных форм кислорода — супероксида и перекиси водорода, — которые накапливаются в разных зонах кончика корня.

«Мы выяснили, от сигнала до ответа, как эти якобы токсичные химические вещества используются для сигнального процесса», — сказал Бенфи.

Рост корня в длину обеспечивает небольшая зона стволовых клеток на его конце. Она постоянно производит новые клетки, которые «проталкивают» кончик корня вглубь почвы. Дочерние клетки, остающиеся позади, со временем перестают делиться и начинают специализироваться.

Скорость роста корня зависит от баланса двух противоположных сигналов: тех, что побуждают стволовые клетки к делению, и тех, что приказывают им остановить пролиферацию и начать дифференцировку. Исследователи идентифицировали белок RITF1, который, активируясь, запускает этот переключатель развития.

Этот белок работает, контролируя распределение двух реактивных форм кислорода в растущем кончике корня. Эти химические сигналы говорят окружающим клеткам, что делать дальше:

• Клетки, подверженные действию супероксида, продолжают делиться.
• Клетки, получившие большую дозу перекиси водорода, дифференцируются.
• Между ними существует переходная зона, где сигналы перекрываются.

«У нас ещё не все части головоломки, — сказал Бенфи, — но благодаря этой работе теперь известно гораздо больше шагов этого процесса, чем было известно раньше».

«Реактивные формы кислорода — это не просто токсичные химические вещества. Они выполняют важные функции как регуляторы процесса развития, от стволовой клетки до полностью дифференцированной ткани».