Исследование раскрывает механизм контроля роста растений

Исследование Университета Пердью определило сложную сеть сигнальных путей, контролирующих форму растительных клеток. Это важный шаг к возможности настраивать рост растений под конкретные агрономические нужды и улучшать качество хлопка, выращиваемого в США.

Производство хлопка — это индустрия стоимостью $25 млрд в США, но местные сорта уступают по качеству премиальным египетским или сортам пима, которые имеют меньший диаметр волокна. Даниэль Шимански, профессор кафедры ботаники и патологии растений, проанализировал, как внутриклеточные сигнальные сети формируют клеточные стенки для создания определенной формы и размера клеток. Эти знания, полученные на модельной системе Arabidopsis, можно использовать для создания хлопковых волокон с меньшим диаметром или повышенной прочностью.

В результатах, опубликованных в журнале Current Biology, Шимански описал, как микротрубочки и актин — белковые полимеры, формирующие цитоскелет растительных клеток, — организуются для определения механических свойств клеточных стенок, которые задают форму клетки.

Группа Шимански обнаружила, что микротрубочки удерживают белок SPIKE1 в вершине клетки, где он рекрутирует дополнительные белковые комплексы, вызывающие образование актиновых филаментов. Затем сети актиновых филаментов организуются как "дороги" для дальнего внутриклеточного транспорта и регулируемой доставки материалов для клеточной стенки, необходимых для роста клетки.

"SPIKE1 — это главный регулятор в клетках, переключатель, который при активации определяет время и место, где полимеризуются актиновые сети", — сказал Шимански.

Локализация и активность SPIKE1 критически важны. Без него рост нарушается, что приводит к деформированной форме клеток, которые не сужаются должным образом. Белок SPIKE1 — один из растущего числа инструментов, которые можно использовать для программирования размера и формы экономически важных клеток, включая хлопковые волокна.

Шимански отметил, что это новое понимание, вероятно, сыграет более широкую роль в проектировании растений с различной формой и размером клеток.

"Клетки — это строительные блоки для тканей и органов, и они могут влиять на ключевые признаки, такие как размер листа", — сказал Шимански. "Эта работа создает базу знаний, которая позволит осуществлять инженерию клеток, тканей и органов".