Двойной контроль: растительный пептидный гормон формирует разные клеточные структуры для тока воды

Ток воды через растения критически важен для нашего продовольственного снабжения. Без него растения не могут осуществлять фотосинтез, расти и надежно производить цветы, плоды или семена. Вода течет по специализированным структурам от корней через стебель к листьям, где её испарение регулируется микроскопическими порами — устьицами. Все водопроводящие структуры формируются в результате строго контролируемых последовательностей развития: клетки должны делиться, чтобы производить нужные типы клеток в правильном месте и в нужное время. Однако многие детали контроля этих сложных процессов развития остаются неясными.

Исследователи из Университета Осаки в сотрудничестве с лабораториями Китая, Германии и Японии раскрыли ключевой элемент в мозаике механизмов, контролирующих развитие растительных клеток. Команда обнаружила, что пептидный гормон является сигнальной молекулой, контролирующей развитие двух совершенно разных типов клеток, оба из которых участвуют в создании клеточных структур для тока воды. Гормон делает это, связываясь с двумя различными рецепторами в двух разных локациях. Результаты опубликованы в Nature Plants.

Команда использовала небольшое растение Arabidopsis (Резуховидка Таля), которое быстро растет и размножается и имеет меньший, более простой геном, чем большинство сельскохозяйственных культур. Методы исследования включали генетическую модификацию, изучение анатомии растения с помощью микроскопии с флуоресцентными красителями и создание мутантных растений с использованием новейших технологий редактирования генов.

Исследователи показали, что гены, кодирующие пептидный гормон CLE9/10, активны в клетках, ведущих к развитию устьиц в листе, а также в клетках-предшественниках водопроводящих сосудов (ксилемы) в корне.

«В клетках-предшественниках в листьях связывание CLE9/10 с белковым рецептором контролирует количество устьичных пор», — пояснил ведущий автор Пинпин Цянь. — «Но в корнях он связывается с другим белковым рецептором, и там контролирует производство сосудов ксилемы».

Помимо идентификации этих двух разных рецепторов, исследование также показало, что в сигнальной системе листа участвует ко-рецепторный белок.

«У животных есть примеры сигнальных молекул, которые воспринимаются множеством рецепторов», — говорит корреспондирующий автор Тацуо Какимото. — «Это исследование показывает, что в растениях действуют аналогичные типы сигнальных систем. Интересно, что два процесса развития, задействующие различные рецепторы в разных частях растения, порождают совершенно разные структуры, которые одинаково важны для тока воды. Эти результаты важны для понимания того, как координируются множественные процессы в развитии растений».