Деление клеток у растений: как собираются клеточные стенки
Исследователи из Университета Мартина Лютера в Галле-Виттенберге (MLU) получили новые данные о базовом процессе деления клеток у растений. Учёным удалось понять, как координируются ключевые процессы для правильного разделения дочерних клеток. В The EMBO Journal они описывают функции определённых компонентов мембран и последствия их нарушения.
Для исследования учёные изучили корни растения резуховидки Таля (Arabidopsis thaliana). Они культивировали нормальные растения и растения с искусственно отключёнными определёнными ферментами, влияющими на состав мембран. Целью было выяснить, какие компоненты мембран важны для деления клеток и почему.
Для развития растениям необходимо деление клеток. Сначала делится генетический материал в ядре, образуя два новых ядра. Затем другие компоненты клетки (например, хлоропласты и митохондрии) распределяются между будущими дочерними клетками внутри родительской клетки.
Только после этого дочерние клетки разделяются новой клеточной стенкой. Процесс можно сравнить со стройкой:
- В центре клетки формируется временный каркас из белковых волокон — фрагмопласт.
- Эти волокна, как рельсы, направляют строительные материалы для клеточной стенки.
- Мелкие пузырьки транспортируют новый материал стенки по этим "рельсам".
- Сложный слиятельный аппарат собирает материал в более крупную структуру — клеточную пластинку.
- Клеточная пластинка растёт от центра к краям, пока полностью не разделит дочерние клетки.
Слиятельный аппарат должен правильно координировать белковые волокна, иначе транспорт "собьётся с пути" и формирование пластинки прекратится.
Биохимические и клеточно-биологические эксперименты показали, что мембранный компонент PI4P играет двойную роль в делении:
- Контролирует активность слиятельного аппарата.
- Обеспечивает правильное направление транспорта материала.
Впервые было показано, что PI4P обеспечивает сборку и разборку белкового каркаса фрагмопласта в нужных местах. У нормальных растений это приводит к формированию правильных, плотно прилегающих клеток, что обеспечивает стабильность растения.
У мутантных растений учёные наблюдали серьёзные дефекты деления:
- Образование увеличенных клеток с несколькими ядрами из-за неудачного разделения.
- Неполное деление клеток.
- Хаотичная клеточная ткань с огромной разницей в размерах клеток.
Такая ткань делает всё растение менее стабильным, уменьшает его размер и ухудшает адаптацию к условиям среды.
Эти результаты помогают лучше понять динамику цитоскелета из микротрубочек у растений. Цитоскелет не только определяет направление клеточного транспорта во время деления, но и направляет общий рост растения. Поэтому открытия могут иметь далеко идущие последствия, например, для отложения целлюлозы в клеточных стенках, а значит, для производства биомассы и целлюлозы. Однако сначала необходимо выяснить, применимы ли результаты к другим растениям и как можно целенаправленно регулировать активность изученных ферментов.