Исследовательская группа раскрыла механизм и основную причину трансформации остаточных клеток в эпидермальные клетки во время процесса опадения, когда растения естественным образом сбрасывают цветы, листья и плоды. Это исследование не только дает ценную информацию о стратегиях выживания растений и механизмах роста, но и, как ожидается, будет способствовать прогрессу в технологиях сельского хозяйства и производства продуктов питания.
Работа опубликована в журнале Nature Plants. Группу возглавлял профессор Джун М. Квак из Департамента новой биологии Института науки и технологий Тэгу Кёнбук (Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology, DGIST) в сотрудничестве с группой профессора Чон Кён Кима из Пхоханского университета науки и технологии, POSTECH, Южная Корея.
Растения обладают замечательной способностью точно сбрасывать ненужные органы после сезонных изменений или завершения роста.
Во время этого процесса остаточные клетки (остающиеся клетки) и разделительные клетки (отделяющиеся клетки) в зоне отпадения играют разные роли. Исследовательская группа обнаружила, что остаточные клетки не просто остаются после отпадения; вместо этого они трансформируются в эпидермальные клетки посредством трехэтапного процесса, образуя защитные слои кутикулы.
Исследование показало, что на ранних стадиях гены, связанные с фотосинтезом, высоко экспрессируются в остаточных клетках. Однако в переходной фазе экспрессия этих генов снижается, в то время как гены устойчивости к стрессу становятся более активно экспрессируемыми, чтобы подготовиться к периоду, когда защитный слой кутикулы временно отсутствует. Этот ответ интерпретируется как стратегия самозащиты растений от внешних угроз.
На заключительном этапе экспрессируются гены, связанные с биосинтезом и формированием кутикулы, что приводит к образованию защитного слоя на вновь открытой поверхности. В частности, группа определила фактор транскрипции MYB74 как ключевой регулятор процесса, посредством которого остаточные клетки трансформируются в эпидермальные клетки, а его нарушение приводит к подавлению этой трансформации.
Обычно, когда растения получают раны, они защищают свои внутренние ткани, образуя жесткий защитный слой, состоящий из лигнина и суберина. Команда исследовала, почему в зоне отпадения растения принимают другую стратегию, трансформируя остаточные клетки в эпидермальные клетки. Они обнаружили, что когда образуется лигниновый слой, клетки становятся жесткими и больше не могут расширяться или расти, тогда как эпидермальные клетки обеспечивают непрерывный рост внутренних тканей.
В частности, для правильного роста плода цветоложе (основная структура плода), где находятся остаточные клетки, также должно продолжать расти. Однако, если остаточные клетки не трансформируются в эпидермальные клетки, рост цветоложа останавливается, что в конечном итоге препятствует правильному развитию плода. Исследовательская группа подтвердила, что посредством этого процесса растения принимают стратегию преобразования остаточных клеток в эпидермальные клетки для оптимизации роста плода.
Профессор Квак заявил: «В данной работе мы проследили этот процесс трансдифференцировки с помощью анализа секвенирования РНК отдельных клеток REC (неэпидермальные остаточные клетки - nonepidermal residuum cells, REC), показав, что неэпидермальные клетки трансдифференцируются в эпидермальные через три различных этапа. Во время этого уязвимого процесса, который включает в себя переходный период, когда защитный слой еще не сформирован, гены стресса, защищающие растение от воздействия окружающей среды, экспрессируются до формирования эпидермиса, что в конечном итоге способствует развитию кутикулы. Мы определяем центральную роль транскрипционного фактора MYB74 в управлении трансдифференцировкой. В отличие от альтернативных защитных механизмов, наши результаты свидетельствуют о том, что эпидермальная спецификация de novo поддерживает последующий рост плодов в месте абсциссии. В целом, мы раскрываем программу развития, с помощью которой растения используют путь трансдифференцировки для защиты растения и стимулирования роста. Это исследование является значительным достижением в раскрытии механизма, с помощью которого растения регулируют судьбу клеток, способствуя росту плодов. Разработка технологий контроля роста плодов на основе этих результатов может повысить урожайность сельскохозяйственных культур и способствовать продовольственной безопасности».
Источник: Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology.
Заглавное фото: Лукьянов Дмитрий, AgroXXI.ru.
Интересна тема? Подпишитесь на наши новости в ДЗЕН | Канал в Telegram | Группа Вконтакте | Дзен.новости.