Когда семя становится растением, у него есть 48 часов на выживание

При прорастании зародыш в семени должен развиться в молодой проросток, способный к фотосинтезу, менее чем за 48 часов. В это время он полагается исключительно на свои внутренние запасы, которые быстро истощаются. Поэтому он должен быстро создать функциональные хлоропласты — клеточные органеллы, которые позволят ему производить сахара для обеспечения выживания. Исследователи из Женевского университета (UNIGE) и Невшательского университета (UniNE), Швейцария, раскрыли в журнале Current Biology ключевые элементы, контролирующие формирование хлоропластов из пропластид — до сих пор малоизученных органелл. Такой механизм обеспечивает быстрый переход к автономному росту, как только семя решает прорасти.

Белки-импортеры отправляются в клеточный "измельчитель"

Пробуждение зародыша вызывает дифференцировку его пропластид в хлоропласты — биологические фабрики, способные производить сахар благодаря фотосинтезу. «Тысячи различных белков должны быть импортированы в развивающиеся хлоропласты, и этот процесс может происходить только в присутствии белка под названием TOC159. Если его не хватает, растение будет истощено хлоропластами и останется альбиносом», — объясняет Феликс Кесслер.

Как семя решает, сохранить ли зародыш в защищенном состоянии или, наоборот, рискнуть и позволить ему прорасти? «Мы обнаружили, что пока подавлен гормон роста гибберелловая кислота (GA), запускается механизм, который обеспечивает транспортировку белков TOC159 в клеточный «мусорный бак» для деградации», — объясняет Венкатасалам Шанмугабаладжи, первый автор исследования. Кроме того, та же участь постигает другие белки, необходимые для фотосинтеза, импорт которых облегчает TOC159.

Высокоэффективный биомеханизм

Когда внешние условия становятся благоприятными для прорастания, концентрация GA в семени увеличивается. Биологи обнаружили, что высокие концентрации этого гормона косвенно блокируют деградацию белков TOC159. Последние, таким образом, могут встраиваться в мембрану пропластид и обеспечивать импорт «грузов» фотосинтетических белков, которые также избегают клеточного «мусорного бака».

Зарождение первых функциональных хлоропластов, осуществляемое менее чем за 48 часов, обеспечивает быстрый переход от роста, зависящего от запасов зародыша, к автономному развитию. Этот высокоэффективный механизм способствует выживанию проростка в неблагоприятной среде, в которой ему предстоит столкнуться со множеством проблем.