Как клеточные отделы растений «общаются» друг с другом

Учёные из Университета Бонна обнаружили основу коммуникации в растительных клетках: белок «MICU» контролирует концентрацию ионов кальция в клеточных энергостанциях — митохондриях. С помощью этих химических сигналов растения регулируют, например, формирование органов и реагируют на водный стресс. Результаты могут быть использованы в будущем для оптимизации сельскохозяйственных культур. Результаты опубликованы в журнале Plant Cell.

Растения реагируют на стимулы из окружающей среды: при нехватке воды они сокращают испарение с листьев, при атаке патогена — вооружаются химическим оружием, а при взаимодействии с почвенными грибами — «обсуждают» взаимные обязанности. «Все эти тонкие настройки требуют активного общения между отдельными компартментами растительной клетки», — говорит доктор Маркус Шварцлендер.

Компоненты клеток общаются не словами, а с помощью ионов кальция (Ca²⁺). «Информация закодирована в колебаниях концентрации кальция в различных клеточных компартментах», — объясняет доктор Шварцлендер.

Белок MICU — центральная ретрансляционная станция

Исследуя митохондрии резуховидки Таля (Arabidopsis thaliana), международная команда учёных обнаружила, что белок MICU играет центральную роль в контроле концентрации ионов кальция в митохондриях.

«У млекопитающих есть очень похожий белок, который также регулирует концентрацию ионов кальция», — говорит доктор Штефан Вагнер. У животных он, подобно турбонаддуву, заставляет митохондрии производить больше энергии. У растений же родственный белок MICU оказался центральной ретрансляционной станцией в системе коммуникации. «Эти два похожих белка у животных и растений, очевидно, произошли от общего предка, но за тысячелетия развили различные характеристики», — отмечает доктор Шварцлендер.

Светящиеся митохондрии предоставляют информацию

Удалив ген, кодирующий MICU, из генома Arabidopsis, исследователи экспериментально изучили влияние этого белка на кальциевую коммуникацию. Они снабдили митохондрии флуоресцирующим сенсорным белком. Изменяющаяся интенсивность свечения сенсора позволила визуализировать изменения концентрации кальция в митохондриях живых растений.

«Мы смогли выявить чёткое влияние на коммуникацию митохондрий», — сообщает доктор Вагнер. Нокаут гена MICU привёл, среди прочего, к изменению свойств клеточного дыхания.

«Наши результаты закладывают основу для влияния на кальциевые сигналы в специфических частях растительной клетки», — резюмирует доктор Шварцлендер. Поскольку Arabidopsis считается модельным растением, эти открытия в будущем могут быть использованы для оптимизации сельскохозяйственных культур. Например, если с помощью модифицированных кальциевых сигналов научить растения эффективнее вступать в симбиоз с азотфиксирующими почвенными бактериями, можно будет сэкономить значительное количество удобрений.