Обнаружен сигнальный каскад, поддерживающий активность стволовых клеток растений

Резервы стволовых клеток в апикальных меристемах растений — ключ к непрерывному росту и развитию. Понимание того, как поддерживается баланс между этими стволовыми клетками и дифференцированными клетками, может привести к методам повышения урожайности и биомассы культур.

Учёные из Университета Пердью обнаружили ключевой сигнальный каскад, поддерживающий этот баланс. Юнь Чжоу, доцент кафедры ботаники и патологии растений, и Хань Хань, постдок в его лаборатории, вместе с коллегами опубликовали результаты 5 марта в журнале Nature Communications.

Недифференцированные стволовые клетки расположены в меристемах — верхушках побегов и корней растений. Они служат резервом неопределившихся клеток, поддерживают рост и дают начало различным органам, таким как листья или цветы.

Предыдущая работа Чжоу показала, что апикально-базальный градиент экспрессии генов необходим для поддержания активности стволовых клеток в самых внешних слоях и их дифференцированного потомства во внутренних тканях. Нарушение этого градиента приводит к серьёзным дефектам в пролиферации и дифференцировке стволовых клеток, влияя на рост побегов и размножение. Теперь лаборатория Чжоу показала, как этот градиент инициируется и поддерживается.

Группа обнаружила, что семейство генов Arabidopsis thaliana Meristem Layer 1 (ATML1) напрямую активирует группу микроРНК в эпидермисе растений. Эти микроРНК функционируют как мобильный сигнал, который специфически деактивирует гены Hairy Meristem (HAM). Эти гены HAM имеют решающее значение для поддержания баланса между стволовыми и дифференцированными клетками.

В эпидермисе эта группа микроРНК активно синтезируется, и их уровень высок, что устраняет большинство или все гены HAM и поддерживает стволовые клетки. Но по мере того, как микроРНК проникают глубже во внутренние клеточные слои, их становится меньше для деактивации HAM, что сохраняет концентрацию HAM в базальных областях меристем.

«Это пространственно-временная регуляция, ведущая к наблюдаемому градиенту», — сказал Чжоу. — «Наши результаты раскрывают молекулярную связь между эпидермисом и гомеостазом стволовых клеток побега. Мы обнаружили, что эпидермис растения производит мобильные сигналы для контроля этого градиента и активности стволовых клеток. Это может открыть новые пути для улучшения сельскохозяйственных культур в будущем».

Работа команды сочетает методы in vivo визуализации в реальном времени, in vitro биохимии и in silico (3-D) компьютерного моделирования.