Механизм трансформации клеток растений открывает путь к контролю роста плодов

Исследовательская группа раскрыла механизм и причину превращения остаточных клеток в эпидермальные во время абсциссии — естественного процесса сбрасывания растениями цветов, листьев и плодов. Это исследование не только даёт ценное представление о стратегиях выживания и механизмах роста растений, но и может внести вклад в развитие сельскохозяйственных технологий.

Работа опубликована в журнале Nature Plants. Команду возглавлял профессор Джун М. Квак из Департамента новой биологии DGIST в сотрудничестве с группой профессора Чжон Кён Кима из POSTECH.

Растения обладают способностью точно сбрасывать ненужные органы после сезонных изменений или завершения роста. В этом процессе остаточные клетки и клетки отделения в зоне абсциссии играют разные роли. Исследователи обнаружили, что остаточные клетки не просто остаются после абсциссии, а превращаются в эпидермальные клетки через трёхэтапный процесс, формируя защитные кутикулярные слои.

Исследование показало, что на ранних стадиях в остаточных клетках высоко экспрессируются гены, связанные с фотосинтезом. Однако в переходной фазе экспрессия этих генов снижается, а гены устойчивости к стрессу становятся более активными, чтобы подготовиться к периоду временного отсутствия защитного кутикулярного слоя. Это интерпретируется как стратегия самозащиты растений от внешних угроз.

На заключительном этапе экспрессируются гены, связанные с биосинтезом и формированием кутикулы, что приводит к развитию защитного слоя на вновь открытой поверхности. В частности, команда идентифицировала транскрипционный фактор MYB74 как ключевой регулятор процесса трансформации остаточных клеток в эпидермальные: его нарушение подавляет это превращение.

Обычно при повреждении растения защищают свои внутренние ткани, формируя жёсткий защитный слой из лигнина и суберина. Команда исследовала, почему в зоне абсциссии растения используют другую стратегию, превращая остаточные клетки в эпидермальные. Они выяснили, что при формировании лигнинового слоя клетки становятся жёсткими и больше не могут расширяться или расти, тогда как эпидермальные клетки позволяют внутренним тканям продолжать рост.

В частности, для правильного роста плода рецептакул (основная структура плода), где расположены остаточные клетки, также должен продолжать расти. Однако если остаточные клетки не превращаются в эпидермальные, рост рецептакула останавливается, что в конечном итоге препятствует правильному развитию плода. Исследователи подтвердили, что через этот процесс растения используют стратегию преобразования остаточных клеток в эпидермальные для оптимизации роста плодов.

Профессор Квак заявил: «Это исследование — значительное достижение в раскрытии механизма, с помощью которого растения регулируют судьбу клеток для стимулирования роста плодов. Разработка технологий для контроля роста плодов на основе этих выводов может повысить урожайность сельскохозяйственных культур и способствовать продовольственной безопасности».