От почки к ветви: как почки регулируют архитектуру растений

Учёные показали, что два ранее считавшихся независимыми механизма регуляции ветвления растений могут быть связаны. Это позволило создать наиболее полную картину того, как растения контролируют свою архитектуру.

Исследование, опубликованное в [PLOS Biology](https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3003395), демонстрирует, как местные сигналы в почках растений соединяются с гормональными потоками всего растения для контроля ветвления. Это имеет значение для будущего улучшения сельскохозяйственных культур.

Как растения контролируют ветвление

У основания каждого листа находится крошечный кластер стволовых клеток, известный как аксиллярная меристема. От того, будут ли эти меристемы оставаться в состоянии покоя или начнут расти, зависит множество факторов, включая сигналы окружающей среды. Садоводы знают, что удобрения и свет могут влиять на то, насколько густыми станут их растения.

Садоводы также знают, что они могут формировать архитектуру побегов путём обрезки — удаления доминирующих побегов для высвобождения спящих почек у основания листьев ниже по побегу.

Исследователи давно интересуются тем, как все эти сигналы координируются. Одним из координационных центров является фактор транскрипции BRANCHED1 (BRC1), который действует локально в отдельных почках, подавляя их рост. Его активность регулируется гормонами, которые передают сигналы о питательных веществах от корня, и качеством местного освещения.

Это новое исследование предполагает, что BRC1 способствует системной регуляции ветвления побегов, изменяя экспорт гормона растений ауксина из почки в основной стебель.

Ауксин в основном стебле регулирует активность почек уже почти столетие. Недавно было установлено, что это связано, по крайней мере частично, с его способностью предотвращать экспорт ауксина из почек, что необходимо для их роста.

Таким образом, почки эффективно конкурируют за экспорт ауксина в стебель, и это может объяснить, почему удаление активных почек позволяет расти спящим почкам.

Новое исследование сочетает математическое моделирование с измерениями роста почек, предоставляя доказательства того, что локальные различия в экспрессии BRC1 между почками помогают определить, какие почки более конкурентоспособны, в то время как системные свойства транспорта ауксина устанавливают общее количество ветвей, которые растение может поддерживать.

Это создаёт поток информации по всему растению, который каждая почка интерпретирует локально, позволяя растению регулировать, когда и где образуются ветви.

В результате получается единая модель, объясняющая, как растения настраивают количество и положение ветвей, чтобы интегрировать общий баланс роста побега с такими условиями окружающей среды, как свет или доступность питательных веществ.

Например, почка в благоприятном положении, например, при лучшем освещении, может экспрессировать меньше BRC1 и поэтому расти быстрее, в то время как соседняя почка с более высокой экспрессией BRC1 может оставаться в состоянии покоя. В то же время системная регуляция посредством транспорта ауксина обеспечивает поддержание общего баланса нагрузки ветвления по всему растению.

Доктор Зои Нахас, первый автор исследования, сказала: «Наш основной вывод заключается в том, что, модулируя транспорт ауксина, локальная экспрессия BRC1 в каждой почке может способствовать системному контролю ветвления».

Профессор Оттолайн Лейзер, старший соруководитель исследования, сказала: «Растения обладают необычайной гибкостью в своём росте, и ветвление является ключевой частью этой адаптивности. Разработанная нами единая модель поможет нам понять, как растения интегрируют несколько источников информации, чтобы определить, куда инвестировать в рост».

Профессор Джеймс Локк, старший соруководитель, добавил: «Эта работа объединяет эксперименты и моделирование, чтобы показать, как локальные и системные сигналы могут взаимодействовать для контроля роста почек. Поразительно, что такая простая модель может охватить диапазон моделей ветвления, которые мы наблюдаем экспериментально».

Исследование проведено при поддержке [University of Cambridge](https://phys.org/partners/university-of-cambridge/).

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте