Функционирует при финансовой поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям (Роспечать)

Давление и ауксин помогли корням растений залечить раны

Деление клеток корня арабидопсиса рядом с местом ранения (показано розовым)

Lukas Hoermayer et al. / Proceedings of the National Academy of Sciences, 2020

Растение залечивает повреждение корня, за счет падения давления внутри клеток рядом с раной, сообщается в Proceedings of the National Academy of Sciences. Эти клетки начинают активно выделять гормон ауксин, он действует на фактор транскрипции ERF115 и таким образом определяет, в каких плоскостях будут делиться и расти новые клетки, нужные для восстановления утраченных тканей.

Когда целостность тела животного нарушается (проще говоря, его ранят), на место повреждения перемещаются клетки иммунной системы и стволовые клетки. Они обеззараживают рану и восстанавливают утерянный объем ткани. Клетки растений не могут так двигаться: мешает плотная стенка из целлюлозы, которая их окружает. Кроме того, стенки соседних клеток прочно соединяются друг с другом. Поэтому для залечивания повреждений приходится применять другую стратегию.

Клетки растений, лежащие в непосредственной близости от раны, теряют свою специализацию и превращаются в образовательные (компоненты раневых меристем), потомки которых могут войти в состав ткани любого требуемого типа. Чтобы вернуть месту повреждения прежний вид, они должны растягиваться и делиться в одних направлениях сильнее и чаще, чем в других. Что и как координирует деление и рост клеток раневых меристем, было не вполне изучено, но известно, что рост корня и его отдельных частей регулирует растительный гормон ауксин.

Физиологи растений из Австрийского института наук и технологий во главе с Иржи Фримлем (Jiří Friml) попробовали выяснить подробности залечивания ран у растений на примере популярного модельного объекта — арабидопсиса, или резуховидки, Таля (Arabidopsis thaliana). Для этого они точечно повреждали лазером корни арабидопсиса и после этого несколько часов наблюдали за заживлением в реальном времени.

Растения, которые использовали в экспериментах, были трансгенными: они, в отличие от резуховидок дикого типа, экспрессировали ген зеленого флуоресцентного белка, сцепленный с геном фактора транскрипции ETHYLEN-RESPONSIVE 115 (ERF115). Известно, что ERF115 вырабатывается в клетках вблизи ран, но не в обычных меристемах, и активен в ядре (так как он управляет образованием копий РНК с различных генов, а это по большей части ядерный процесс).

Кроме зеленого флуоресцентного белка клетки корня вырабатывали еще комплекс веществ, связанных с другим флуоресцентным белком — Tdtomato. Строение этого комплекса менялось под действием ауксина так, что свечение Tdtomato можно было заметить только в клетках, которые вырабатывали много этого гормона. По изменению флуоресценции исследователи могли понять, какие клетки задействованы в заживлении ран.

Оказалось, что в клетках, непосредственно прилегающих к месту ранения, быстро повышается концентрация ауксина, а он активирует работу фактора транскрипции ERF115. Они теряют специализацию, делятся (специализированные клетки этого не могут) и вытягиваются в сторону раны. В дочерних клетках ситуация меняется: только те, которые граничат с раной, сохраняют повышенный уровень ауксина, а в остальных его содержание снижается. Если ввести ингибиторы этого растительного гормона, экспрессия ERF115 не усиливается.

Чтобы понять, как клетки определяют свою близость к месту повреждения, исследователи нарушали лазером целостность одной клетки корня, в результате чего часть ее содержимого вытекала. Уровень ауксина повышался в соседних клетках. Но если в клетки предварительно вводили 0,5-молярный раствор маннитола — вещества, которое поддерживает тургор на высоком уровне (заставляет клетки интенсивнее обычного поглощать воду, и эта вода сильнее давит на клеточные стенки), точечное повреждение не приводило к заметному скачку концентрации ауксина и интенсивности деления. При этом клетки, которые не входят в состав раневых меристем, делились с обычной скоростью.

Получается, деление и рост клеток при ранении запускает повышенный уровень гормона ауксина, который стимулирует экспрессию фактора транскрипции ERF115. Направление делений и растяжения клеток определяется давлением внутри них: при ранении оно падает в клетках в непосредственной близости к месту повреждения. Также, по всей видимости, и сам уровень ауксина зависит от тургора: в клетках, которые не соприкасаются с раной, он падает независимо от их происхождения.

Человеку, который не очень много знает о растениях, они могут показаться скучными и как бы недостаточно живыми. Но на самом деле они точно так же, как и животные, и прочие организмы, взаимодействуют с другими видами — как полезными для них (например, бактериями в листьях), так и опасными. Так, растения научились менять поведение поедающих их гусениц, чтобы те нападали друг на друга, и включать в состав нектара микродозы никотина, чтобы привлекать шмелей-опылителей (большие концентрации никотина отпугивают насекомых и опасны для них). Взаимодействие двустороннее: если шмели не находят подходящих цветков, они особым образом прокалывают листья растений, и у тех ускоряется распускание бутонов.

Светлана Ястребова

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.