Новый пептидный гормон помогает формировать водонепроницаемый барьер в корнях растений

Рост и развитие растений зависит от перемещения минеральных ионов из почвы в транспортную систему клеток корня (ткань ксилемы) и последующей передачи в побег. Поскольку этот процесс обычно происходит против градиента концентрации, пассивная диффузия предотвращается, а гомеостаз обеспечивается наличием водонепроницаемого барьера, богатого лигнином, известного как полоска Каспари. Она кольцом окружает ткани ксилемы и флоэмы. Было известно, что для формирования полоски Каспари необходимы несколько белков, включая рецепторную киназу GSO1/SGN3.

Теперь исследователи из Университета Нагои идентифицировали лиганды-пептидные гормоны в центре корня, которые связываются с рецептором GSO1/SGN3 и регулируют сборку полоски Каспари в ответ на сигналы развития и окружающей среды. Исследование опубликовано в Science.

Гены, кодирующие предшественников пептидных гормонов, присутствуют в геномах растений в нескольких копиях, и пре-пептиды несут консервативный домен. Используя эти знания, учёные в процессе скрининга идентифицировали два пептида из более широкого семейства, необходимых для полного формирования полоски Каспари в корнях модельного растения Arabidopsis. Их назвали фактором целостности полоски Каспари (CIF)1 и CIF2. Экспрессия CIF1 и CIF2 была ограничена центральной частью корня (стелой), содержащей ксилему и флоэму.

Нокдаун генов, кодирующих CIF1 и CIF2, привёл к образованию «протекающего» барьера, который позволял экспериментальному красителю проникать в ксилему. Этот фенотип напоминал тот, что наблюдается у растений с мутациями в гене, кодирующем рецептор GSO1/SGN3.

«Автофлуоресценция лигнина и визуализация в живых клетках показали нарушение барьера в отсутствие пептидных лигандов или рецептора, — говорит автор-корреспондент Ёсикацу Мацубаяси. — В то время как добавление синтетического CIF1 к мутанту по лиганду, но не к мутанту по рецептору, восстанавливало целостность барьера, поскольку связывание рецептора с лигандом стимулировало отложение лигнина». Также было показано, что пептиды CIF необходимы как для поддержания, так и для формирования полоски Каспари.

Мутант по лиганду был более чувствителен к высокому уровню железа в почве, чем дикий тип, демонстрируя задержку роста и «бронзовость» листьев, что преодолевалось добавлением синтетического CIF1. Эти дефекты роста, вероятно, отражают высокое содержание железа, наблюдаемое в ксилемном соке этих мутантов, что указывает на протекание барьера.

«Интересно, что экспрессия генов CIF1 и CIF2 усиливалась при высоком уровне железа, особенно в условиях высокой кислотности, — отмечает Мацубаяси. — Это раскрывает активную стратегию высших растений по преодолению неблагоприятных условий роста».