Архитектура растительной клетки: рост к источнику света

Внутри каждой растительной клетки цитоскелет служит внутренним каркасом, направляющим построение клеточных стенок и, следовательно, рост всего организма. Экологические и гормональные сигналы, модулирующие рост клетки, вызывают реорганизацию этого каркаса. Новое исследование под руководством Дэвида Эрхардта из Института Карнеги дает неожиданные доказательства того, как работает этот процесс реорганизации, в частности, как направление источника света влияет на характер роста растения. Опубликовано в Science Express.

Цитоскелет клетки включает в себя массив белковых волокон трубчатой формы, называемых микротрубочками. Направляя рост и развитие клетки, этот каркас критически важен для поддержания ключевых функций растений, таких как фотосинтез, поглощение питательных веществ и размножение.

Реорганизация цитоскелета происходит не за счет перемещения микротрубочек внутри клетки, а за счет изменения способа сборки или разборки этих массивов. Команда Эрхардта, включая ведущего автора Йелмера Линдебума, Масаёси Накамуру, Райана Гутьерреса и Виктора Кирика, использовала передовые инструменты для наблюдения за процессом реорганизации массивов микротрубочек в различных условиях.

Данные визуализации в сочетании с результатами генетических экспериментов выявили механизм ориентации массивов микротрубочек у растений. Белок под названием катанин управляет этим механизмом, перенаправляя рост микротрубочек в ответ на синий свет. Он делает это, разрезая микротрубочки в местах их пересечения друг с другом, создавая новые концы, которые могут отрастать и снова разрезаться. Это приводит к быстрой амплификации новых микротрубочек, лежащих в другом, более предпочтительном направлении.

«Наши генетические данные вместе с предыдущими исследованиями, связывающими организацию микротрубочек с ростом клетки, указывают на то, что эта перестройка необходима для того, чтобы растение изгибалось к источнику света по мере роста — явление, называемое фототропизмом», — пояснил Эрхардт. — «Наши выводы также имеют более широкое значение для построения цитоскелетов в других типах клеток, включая человеческие, поскольку катанин консервативен у животных и растений».

«Это выдающаяся работа, которая опирается на десятилетия новаторских открытий, сделанных Уинслоу Бриггсом из Карнеги в области восприятия синего света. Впервые группа Эрхардта демонстрирует, как синий свет вызывает изменения в организации цитоскелета, лежащие в основе архитектуры и механических свойств клеточных стенок. Эти свойства критически важны для индуцированного светом изгиба», — говорит директор департамента Вольф Б. Фроммер. Он называет исследование: «фантастической работой, вехой в истории исследований синего света».