Биологи показали, как сигналы в корнях растений определяют активность стволовых клеток

Корни растения постоянно растут, чтобы снабжать его водой и минералами и обеспечивать надежное закрепление в почве. За эти функции отвечают плюрипотентные стволовые клетки. Чтобы избежать дифференцировки и оставаться плюрипотентными, эти стволовые клетки зависят от сигналов от соседних клеток. Эти сигналы генерируются лишь небольшой группой медленно делящихся клеток в так называемом покоящемся центре корня.

Международный консорциум под руководством профессора Томаса Лаукса из Университета Фрайбурга идентифицировал транскрипционный фактор WUSCHEL HOMEOBOX (WOX) 5 в качестве сигнальной молекулы, показав, что он перемещается через поры из клеток покоящегося центра в стволовые клетки. Результаты опубликованы в журнале Developmental Cell.

"Понимание механизма, с помощью которого сигналы внутри корня контролируют активность стволовых клеток, имеет значение для общих принципов регуляции стволовых клеток у растений и человека", — сказал Лаукс.

Он также отметил, что это позволит ученым изучать, как рост растений адаптируется к различным условиям окружающей среды, добавив, что "это захватывающая область исследований в эпоху изменения климата".

Как работает механизм?

Исследователи изучали стволовые клетки в модельном организме Arabidopsis thaliana (резуховидка Таля), относящемся к семейству Brassicaceae. Многие из этих выводов применимы и к сельскохозяйственным культурам, таким как рис.

Когда сигнал WOX5 попадает в стволовые клетки через поры, он связывается с определенными последовательностями ДНК (промоторами) генов-мишеней и рекрутирует фермент через так называемый адаптерный белок. Этот фермент изменяет белковую оболочку ДНК (хроматин), в результате чего соответствующий ген перестает эффективно считываться.

Ключевой баланс

WOX5 выключает свой ген-мишень CDF4 в стволовых клетках. Функция CDF4 — инициировать дифференцировку дочерних клеток стволовой клетки. Если бы концентрация белка CDF4 в стволовых клетках была слишком высокой, они также были бы вынуждены дифференцироваться, и рост корня остановился бы.

• Высокая концентрация WOX5: ниша стволовых клеток поддерживает плюрипотентные стволовые клетки.
• Низкая концентрация WOX5: концентрация CDF4 повышается, и клетки дифференцируются в ткань корня.

Этот баланс — секрет пожизненной активности ниши стволовых клеток.