Учёные выяснили, как клеточные стенки растений направляют стволовые клетки

от

Представьте, что наши тела могли бы выращивать новые органы на протяжении всей жизни. Растения делают это постоянно благодаря крошечным мощным резервуарам стволовых клеток. Но как эти клетки узнают, когда делиться, и как они обеспечивают, чтобы каждое деление было идеально ориентировано для построения листа, стебля или цветка?

Ответ кроется не только внутри клеток, но и в окружающих их стенках. Новое исследование, опубликованное в журнале Science под руководством доктора Ян Вэйбина из Центра передового опыта в области молекулярных наук о растениях Китайской академии наук, обнаружило скрытый «молекулярный привратник», который контролирует жёсткость этих стенок, напрямую направляя судьбу стволовых клеток растений.

Все растительные клетки окружены стенкой — жёсткой, но динамичной структурой, которая долгое время считалась простым каркасом. В этом новом исследовании учёные показали, что эта стенка далеко не статична. Они обнаружили удивительное «бимодальное» распределение внутри центра стволовых клеток — апикальной меристемы побега.

Представьте себе это так: старые, зрелые стенки «жёсткие», они действуют как несущие балки здания. Между тем каждый раз, когда клетка делится, чтобы создать две новые клетки, новая стенка, которая образуется между ними, изначально «мягкая» и гибкая. Эта разница в жёсткости контролируется простой химической модификацией гелеобразного компонента стенки, называемого пектином. Жёсткие стенки имеют высоко «метилиэстерифицированный» пектин, в то время как мягкие, новые стенки имеют «деметилиэстерифицированный» пектин.

Этот точный механизм вызвал вопрос: как растение обеспечивает, чтобы фермент «размягчения» работал только на новых стенках и не ослаблял случайно старые, важные?

Учёные определили ключевой ген фермента под названием PME5, который является главным переключателем, размягчающим пектин. Но они обнаружили хитрый трюк: клетка держала инструкцию для этого фермента — матричную РНК PME5 (мРНК) — под замком внутри ядра. Это было похоже на то, как если бы мощный инструмент хранился в надёжном ящике.

Только когда клетка активно делилась, «ящик с инструментами» открывался. Ядро временно разбиралось, и мРНК PME5 высвобождалась. Она сразу же переводилась в фермент PME5, который доставлялся прямо к месту формирования новой стенки, размягчая её именно там и тогда, где и когда это было необходимо. Это обеспечивало, чтобы зрелые стенки оставались жёсткими и структурными, в то время как новые разделительные стенки были гибкими, чтобы их можно было правильно расположить.

Чтобы доказать его важность, учёные нарушили этот механизм. Они генетически модифицировали растения, чтобы мРНК PME5 преждевременно покидала ядро, и фермент «размягчения» вырабатывался в неподходящее время и месте. Это вызвало хаос: модели клеточного деления стали неорганизованными, активность стволовых клеток резко упала, и растения выросли чахлыми, произведя странные, сгруппированные плоды. Это подтвердило, что точный контроль жёсткости стенок имеет важное значение для здорового развития растений.

Этот механизм «ядерного секвестрирования» является сложной формой регуляции генов. Учёные обнаружили, что это общая стратегия, которая не уникальна для PME5, а используется несколькими родственными ферментами. Более того, этот «бимодальный» паттерн стенок был обнаружен у различных сельскохозяйственных культур, таких как кукуруза, соя и томат, что указывает на то, что это консервативный фундаментальный принцип роста растений.

Ключевые характеристики сельскохозяйственных культур, такие как количество побегов, длина метёлок и количество семян, определяются активностью стволовых клеток. Изучив этот «код клеточной стенки», учёные однажды смогут создавать культуры с улучшенной архитектурой и более высокими урожаями, просто изменяя сами стенки, которые их поддерживают.

Предоставлено Китайской академией наук.

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте