Исследователи изучили механизм, определяющий высоту растений и размер листьев и семян
Исследователи из Национального института передовых промышленных наук и технологий (AIST, Япония) подтвердили, что длина растительной клетки контролируется антагонистическим действием трёх типов белков.
Длина клетки напрямую влияет на высоту растения, а также на размер листьев и семян. Учёные идентифицировали два белка, PRE1 и ACE, которые действуют как положительные регуляторы удлинения клеток, и один белок, AtIBH1, который подавляет удлинение клеток. Они обнаружили, что ACE напрямую индуцирует удлинение клеток, тогда как AtIBH1 подавляет активность ACE, взаимодействуя с ним. PRE1 косвенно способствует удлинению, препятствуя активности AtIBH1. Окончательная длина клетки определяется балансом между этими тремя белками.
Эти белки являются факторами транскрипции, контролирующими функции нескольких генов. Использование этих факторов транскрипции позволит изменять высоту растений, размер листьев и семян, морфологию цветов и растений и т.д. Ожидается, что они найдут применение в различных областях, включая повышение эффективности сельского хозяйства, создание крупных растений, пригодных для производства биотоплива, и разработку уникальных садовых растений.
Детали результатов будут опубликованы в американском научном журнале The Plant Cell.
Модификация длины растительных клеток — важный предмет селекционных исследований, поскольку она напрямую влияет на высоту деревьев и растений, а также на размер листьев и семян. Существуют различные факторы окружающей среды, определяющие длину клетки, включая освещённость, температуру, содержание воды и соотношение питательных веществ. Неизвестно, как растение определяет длину своих клеток в ответ на эти условия.
В данном исследовании учёные изучили механизм, с помощью которого контролируется удлинение растительных клеток.
Исследователи идентифицировали три фактора транскрипции у модельного растения Arabidopsis thaliana: PRE1 и ACE, которые усиливают удлинение клеток, и AtIBH1, который подавляет его. Эти три фактора транскрипции контролируют размер растения, регулируя удлинение клеток, не влияя на их количество. ACE активирует экспрессию генов ферментов, способствующих удлинению клеток. AtIBH1 подавляет удлинение клеток, взаимодействуя с ACE и мешая его функции. PRE1 взаимодействует с AtIBH1 и таким образом препятствует его ингибирующему действию на ACE, способствуя удлинению клеток. Исследователи назвали механизм этого антагонистического ингибирования со стороны ACE, AtIBH1 и PRE1 три-антагонистической bHLH системой (рис. 2). Подобные механизмы антагонистического ингибирования, но только между двумя факторами, ранее были описаны у человека, однако механизмы антагонистического ингибирования тремя факторами ранее не были описаны ни у растений, ни у животных. Таким образом, три-антагонистическая система представляет собой новый механизм контроля.
Из трёх обнаруженных типов факторов транскрипции PRE1 был в изобилии в кончиках стеблей, молодых листьях и семенах, тогда как AtIBH1 был в изобилии в затвердевших основаниях стеблей, старых листьях и зрелых семенах. Это говорит о том, что антагонистическое ингибирование тремя факторами — ACE, AtIBH1 и PRE1 — регулирует удлинение различных клеток на каждой стадии роста растения.
Исследователи нацелены на разработку технологии для изменения высоты растений, а также размера листьев, цветов и семян путём частичного усиления или подавления функций PRE1, AtIBH1 и ACE с последующим применением этой технологии в селекции сельскохозяйственных культур. Ожидается, что манипуляции с этими тремя факторами изменят морфологию растений, а также их метаболизм. Учёные намерены исследовать влияние этих факторов на метаболическую систему растений.