Прорывы в исследованиях стволовых клеток растений.
Ученые из Института биологии развития Макса Планка в Тюбингене расшифровали, как растения регулируют количество своих стволовых клеток.
Благодаря тотипотентным стволовым клеткам растения обладают пожизненной способностью постоянно формировать новые органы.
Однако не было известно, как взаимодействуют гормоны и генетические факторы для предотвращения атрофии растений или ракового развития.
Изучение флоры.
Ученые Института биологии развития Макса Планка выявили механизм обратной связи, с помощью которого в растениях связываются гормоны роста и регуляторный белок для контроля количества стволовых клеток (Nature, 22 декабря 2005 г.).
Эти результаты имеют фундаментальное значение для исследований стволовых клеток в целом.
Все надземные части растения - листья, цветы, стебли, стебли, семена - в конечном счете происходят из крошечной тканевой области на кончике стебля.
Этот регион, известный биологами как меристемия побегов, содержит тотипотентные стволовые клетки, которые остаются активными в течение всего срока службы растения.
В отличие от животных, которые имеют тканеспецифические стволовые клетки только после завершения эмбрионального развития, растения могут продолжать расти в течение многих лет и формировать новые органы.
Однако эта способность также несет в себе опасность:
Если количество меристематических стволовых клеток увеличивается слишком быстро, существует риск развития раковых заболеваний.
Если резервуар стволовых клеток значительно уменьшается, растение увядает.
Чтобы сохранить жизнеспособность и обеспечить собственное размножение, растение должно точно сбалансировать количество стволовых клеток.
Как мы знаем сегодня, это делается по двум наборам правил:
- Во-первых, стимулирующие рост растительные гормоны, такие как ауксин и цитокинин.
- Во-вторых, генетические факторы также влияют на регуляцию стволовых клеток.
Около десяти лет назад в Тюбингене был открыт центральный контрольный ген, известный как "Ушель", который оказывает решающее влияние на количество стволовых клеток, остающихся в меристеме побегов.
Однако до сих пор остается загадкой, как гормоны и гены работают вместе для поддержания тонкого равновесия в наконечнике стебля.
Секрет в капусте.
Исследовательская группа под руководством доктора Яна Лохмана из Института биологии Макса Планка в Тюбингене решила эту загадку.
Исследователи использовали "домашнее растение" из ботанического сада - кресс-салат Резуховидка Таля, геном которого уже несколько лет назад был полностью расшифрован.
Используя обширные генетические и биохимические эксперименты, Ломан и его команда определили четыре гена, которые могут рассматриваться как механистическая связь между растительными гормонами и генетическими элементами контроля в меристеме.
Анализ экспрессии генов, проведенный тюбингенскими исследователями, показал, что в капусте регуляторы ответа ARR5, ARR6, ARR7 и ARR15 находятся под генетическим контролем гена Ушель. Под его влиянием активность ARR7 в меристеме стрельбы значительно снижается.
Настоящее исследование показывает, что гены ARR непосредственно участвуют в генетической регуляции пула стволовых клеток.
Они являются частью отрицательной обратной связи, с помощью которой цитокинин растительного гормона, стимулирующего рост, ограничивает свой собственный эффект.
Сам гормон стимулирует деление меристематических стволовых клеток, но в то же время активирует различные гены ARR, что в свою очередь прерывает цепь цитокининовых сигналов.
"Ушель поддерживает действие цитокинина, предотвращая его негативную обратную связь", - объясняет Ян Лохманн.
Это также объясняет ранее сделанное наблюдение, что образцы капусты с дефектным геном Ушеля образуют только очень маленькие меристемы и их рост нарушается.
Генетическая предрасположенность.
Исследователи из Тюбингена обнаружили такой же эффект у мутантов, ген ARR7 которых был гиперактивным.
Цитокинин может оказывать полное стимулирующее рост действие только в тканях, в которых активен контрольный ген Ушель.
"Меристематическая регуляция является прекрасным примером того, как действие свободно циркулирующих гормонов может быть ограничено определенными тканями", - с энтузиазмом отметил Лохман.
Только с помощью таких механизмов один и тот же гормон может оказывать различное действие в разных тканях, в зависимости от генетических предпосылок.