Древняя программа стволовых клеток SHR-SCR определяет способность бобовых к образованию клубеньков

Бобовые растения уникальны своей способностью формировать симбиоз с азотфиксирующими бактериями ризобиями в специальных органах — корневых клубеньках. Хотя анатомия клубеньков была описана ещё в XVII веке, а их симбиотическая функция — в XIX, оставалось неясным, почему эта способность к азотфиксации ограничена в основном бобовыми.

Исследовательская группа под руководством профессора Ван Эртао из Центра передового опыта в области молекулярных наук о растениях Китайской академии наук обнаружила, что за эту уникальную черту отвечает древняя программа стволовых клеток SHORTROOT-SCARECROW (SHR-SCR). Результаты опубликованы в Nature.

Ключевые открытия:

• У модельного бобового растения Medicago truncatula ген MtSCR экспрессируется не только в эндодерме, как у A. thaliana, но и в коре и эпидермисе. Мутанты по scr и scr/scl23 демонстрировали резкое снижение образования клубеньков.
• Хотя экспрессия мРНК MtSHR1/2 ограничена стелой (как и у A. thaliana), сами белки MtSHR-GUS обнаруживались за её пределами — в эпидермисе и коре.
• Накопление белков MtSHR-MtSCR в клетках коры необходимо для их деления при инициации клубенька. Это происходит в ответ на сигналы ризобий или цитокинина.
• Повсеместная сверхэкспрессия MtSHR в корнях M. truncatula вызывала деление клеток коры и образование псевдоклубеньков даже без инокуляции ризобиями.

Вывод: Исследование показывает, что именно реактивация древней программы стволовых клеток SHR-SCR в клетках коры определяет уникальную судьбу клеток бобовых и позволяет им формировать новый орган — клубенёк.