Как семена понимают, что пора прорастать

Обезвоженные семена растений могут долго оставаться в состоянии покоя — у некоторых видов более 1000 лет — пока наличие воды не запустит прорастание. Это защищает зародыш растения от различных стрессов, пока условия не станут благоприятными для роста и выживания. Однако механизм, с помощью которого растение-зародыш чувствует воду и возобновляет клеточную активность, оставался загадкой.

Новое исследование под совместным руководством Яннива Дороне и Сью Ри из Института Карнеги и Стивена Бойнемса и Аарона Гитлера из Стэнфордского университета обнаружило белок, играющий критическую роль «пуск/стоп» в этом процессе. Он останавливает прорастание, если гидрологические условия почвы не идеальны, или позволяет ему продолжиться, если шансы на выживание высоки. Их открытие важно для понимания экологии растений в условиях потепления и для создания засухоустойчивых культур, способных пережить изменение климата.

Их работа опубликована в журнале Cell.

Исследователи использовали молекулярные, физиологические и экологические методы, чтобы выявить ранее не охарактеризованный белок, названный ими FLOE1.

Ключ к способностям FLOE1 — недавно открытый биофизический феномен фазового разделения. Этот механизм позволяет клеткам динамично компартментализировать биомолекулы в сборки без мембран, а не изолировать их в органеллах.

Когда покоящееся семя чувствует влагу, FLOE1 почти мгновенно собирается в клетке, чтобы, образно говоря, «протестировать воду» и определить, достаточно ли её для начала роста. Поскольку агрегация FLOE1 временна и обратима, она может действовать как сигнал «пуск/стоп», останавливая прорастание при недостатке воды или позволяя ему продолжиться.

Авторы считают, что их открытие может заложить основу для создания сельскохозяйственных культур, способных использовать свойства FLOE1 для противостояния негативным последствиям изменения климата.

Исследование проводилось на резуховидке Таля (Arabidopsis thaliana), но белок FLOE1 присутствует во всём царстве растений, включая виды, предшествовавшие эволюции семян. Это означает, что он может играть и другие роли в физиологии растений.

Более того, FLOE1 — первый известный белок, способный к обратимому фазовому разделению в циклах гидратации-дегидратации. Вероятно, подобные процессы происходят и у других организмов с периодами высушенного покоя, включая патогены человека.