Ученые из Университета Вагенингена и их японские и испанские коллеги обнаружили у растений переключатель «вкл/выкл» и «регулятор громкости», которые контролируют рост растений. Применение этого открытия может помочь производителям создавать новые культуры, которые, например, будут более устойчивы к болезням, засухе или наводнениям. Их результаты были опубликованы в журнале Nature Plants.
Команда исследователей показала, что очень сложную реакцию растений на растительный гормон ауксин можно свести к простой модели переключения. По сути, ауксин переключает переключатель с «выключено» на «включено». В то же время с этим «переключателем» конкурирует второй фактор, определяющий, таким образом, чувствительность каждой клетки к гормону. Множество способов реакции растения на ауксин, от корня до цветения, определяются, так сказать, переключателем включения/выключения и регулятором громкости.
Известно, что небольшая молекула ауксина контролирует многие аспекты роста и развития растений, изменяя активность различных генов. ДНК-связывающие белки ARF связываются с генами и включают или выключают их. Именно ауксин определяет, активны или нет белки ARF. Большинство растений имеют разные белки ARF, которые образовались в результате создания множества копий в ходе эволюции, после чего их свойства изменились. Все это приводит к чрезвычайно сложной сети белков ARF, которые могут вызывать разные реакции на один гормон.
Команда изучила реакцию на ауксин в зонтичном мхе. Маршанция полиморфная. Это растение имеет простейшую ауксиновую систему и ранее было описано исследователями в публикации в eLife, за что Хиротака Като и Сумант Мутте получили премию Вагенингена за исследования в 2019 году. В этом новом исследовании Природа Растения Команда воспользовалась простотой реакционной системы Марчантии и тщательно нанесла на карту ее функционирование, используя сочетание генетики и биохимии белка. Это выявило простую систему двух конкурирующих белков ARF, которая составляет суть системы ауксина.
Белок ARF1 в Marchantia – переключатель включения/выключения отмечен флуоресцентным белком. (фото: Шубхаджит Дас)
«Мы думаем, что наши результаты фундаментально изменят взгляд исследователей на функционирование важного гормона ауксина», — говорит Дольф Вейерс, руководитель лаборатории биохимии и руководитель исследовательской группы. «Более того, этот значительный скачок в наших знаниях о том, как клетки реагируют на гормон, дает нам беспрецедентные возможности влиять на реакцию сельскохозяйственных культур на гормон на клеточном уровне. Размножение, рост корней и многие другие свойства растений зависят от реакции на ауксин».
На протяжении десятилетий считалось, что цветущие растения, в том числе модельное растение кресс-салат, используют очень сложную систему факторов реагирования, заставляющую клетки по-разному реагировать на один и тот же гормон. Таким образом, одни клетки растут, другие делятся, третьи дифференцируются. Считалось также, что один и тот же гормон вызывает развитие корней и цветение, в зависимости от того, в каком месте растения происходит реакция.
Теперь исследовательская группа описывает, как они открыли очень простой принцип, лежащий в основе сложных реакций на растительный гормон ауксин. Вполне вероятно, что тот же принцип применим и к другим видам растений, которые обладают большими семействами белков ARF. Текущие исследования показывают нам, как растения, включая сельскохозяйственные культуры, реагируют на этот гормон.
Биолог-экспериментатор Хиротака Като, ранее работавший в Университете Вагенингена, а теперь в Университете Кобе, сотрудничал в своих новаторских исследованиях с коллегами из Вагенингенской лаборатории химии и биофизики, Синхротрона Альбы в Барселоне и Университета Киото. Исследование частично финансировалось за счет гранта NWO-VICI, который был предоставлен Дольфу Вейерсу в 2015 году.
Ауксин — важный биологический гормон растений, который играет решающую роль в росте и развитии растений. Стало
Растительные гормоны играют решающую роль в росте, развитии и реакции растений на окружающую среду. Один из наиболее важных
© Auxine.eu 2024
