Исчерпывающая характеристика сосудистой структуры растений

Листовая сосудистая система растений играет ключевую роль в транспорте растворенных веществ от мест их синтеза (например, от клеток, осуществляющих фотосинтез) к местам хранения или использования. Сахара и аминокислоты транспортируются из листьев в корни и семена по проводящим путям флоэмы.

Флоэма — это часть ткани сосудистых растений, которая включает ситовидные элементы (где происходит непосредственная транслокация), клетки-спутницы, а также паренхимные клетки флоэмы. Листовые жилки состоят как минимум из семи различных типов клеток со специфическими ролями в транспорте, метаболизме и передаче сигналов.

О сосудистых клетках листьев, в частности о паренхиме флоэмы, известно мало. Две группы студентов профессоров Александра фон Гумбольдта из Дюссельдорфа и Тюбингена, коллега из Шампейн-Урбана (Иллинойс, США) и заведующий кафедрой биоинформатики из Дюссельдорфа представили первый комплексный анализ сосудистых клеток в листьях резуховидки Таля (Arabidopsis thaliana) с использованием секвенирования единичных клеток.

Группа под руководством профессора Александра фон Гумбольдта д-ра Марьи Тиммерманс из Тюбингенского университета впервые применила секвенирование единичных клеток у растений для характеристики клеток корня. В сотрудничестве с группой проф. Тиммерманс исследователям под руководством профессора Александра фон Гумбольдта д-ра Вольфа Фроммера из Дюссельдорфа впервые удалось изолировать клетки растений для создания атласа всех регуляторных РНК (транскриптома) листовой сосудистой системы. Они смогли определить роль различных клеток, анализируя метаболические пути.

В частности, исследовательская группа впервые доказала, что транскрипты транспортеров сахаров (SWEET) и аминокислот (UmamiT) обнаруживаются в паренхимных клетках флоэмы, которые транспортируют эти соединения от места их производства к сосудистой системе. Затем соединения активно импортируются в комплекс ситовидный элемент-клетка-спутница через вторую группу транспортеров (SUT или AAP) и экспортируются из листа-донора.

Эти обширные исследования включали тесное сотрудничество с исследователями-биоинформатиками из рабочей группы проф. д-ра Мартина Лерхера в HHU. Вместе они смогли установить, что паренхима флоэмы и клетки-спутницы имеют комплементарные метаболические пути и, следовательно, способны контролировать состав флоэмного сока.

Первый автор и руководитель рабочей группы д-р Джи-Юн Ким из HHU поясняет: «Наш анализ дает совершенно новое представление о листовой сосудистой системе, а также о роли и взаимосвязи отдельных типов клеток листа». Заведующий институтом проф. Фроммер добавляет: «Сотрудничество четырех рабочих групп позволило с помощью новых методов впервые получить представление о важных клетках в проводящих путях растений и, таким образом, заложить основу для лучшего понимания метаболизма растений».