Растительные гормоны с перекрывающимися сигнальными путями играют разные роли в контроле роста

Цитокинины — это растительные гормоны, которые помогают координировать рост и развитие растения в ответ на различные факторы окружающей среды. Они в основном различаются своими «боковыми цепями» — химическими модификациями, которые добавляются специализированными ферментами. Исследование Хитоши Сакакибары и его коллег из RIKEN Center for Sustainable Resource Science демонстрирует явные различия в функциях этих различных гормонов.

Растение резуховидка Таля (Arabidopsis thaliana) активно использует два конкретных цитокинина: N⁶-(Δ²-изопентенил)аденин (iP) и транс-зеатин (tZ), которые действуют на одни и те же три рецепторных белка. Это ставит вопрос о том, оказывают ли они существенно различное влияние на рост растения. «Хотя существует это разнообразие боковых цепей у природных цитокининов, оставалось открытым вопрос, имеет ли это разнообразие биологическое значение», — поясняет Такатоши Киба, научный сотрудник группы Сакакибары.

Чтобы разрешить этот вопрос, исследователи создали генетически модифицированные растения, лишённые способности производить tZ. Цитокинин tZ производится из предшественника iP, который подвергается обработке ферментом цитохром P450 монооксигеназой CYP735A. Соответственно, растения, лишённые CYP735A, показали резко сниженный уровень tZ с компенсаторным увеличением производства iP. Отсутствие CYP735A также оказало поразительное влияние на рост, приведя к карликовости побегов с более узкими розетками листьев. Опрыскивание tZ восстанавливало нормальный рост побегов у мутантных растений, тогда как обработка iP — нет. Интересно, что tZ, по-видимому, играет минимальную роль в развитии корней, хотя гормон может производиться в корнях растения и транспортироваться по всему растению.

Киба и его коллеги впоследствии создали линии растений с дефицитом tZ, которые также лишены различных подмножеств трёх цитокининовых рецепторов. Два из этих рецепторов связывают iP и tZ одинаково хорошо, и исследователи ожидали, что дальнейшие дефициты в росте побегов могут быть смягчены у растений, сохранивших любой из этих рецепторов, благодаря повышенным уровням iP. Вместо этого дефекты роста были ещё более выраженными, чем у растений, лишённых только tZ, что демонстрирует невозможность взаимозамены цитокининов.

Результаты предполагают, что избирательное усиление активности цитокинина tZ может быть выигрышной стратегией для улучшения сельскохозяйственных культур. «Увеличение доли tZ путём сверхэкспрессии CYP735A приводит к усилению роста побегов без снижения роста корней», — говорит Киба. В будущей работе лаборатория Сакакибары глубже изучит механизмы, позволяющие растительным клеткам различать сигналы tZ и iP, а также системы, помогающие транспортировать гормоны по всему растению.