Знание мельчайших деталей того, как растут корни растений в критические периоды развития, дает возможность создания засухоустойчивых культур. Чтобы идентифицировать пути, которые конкретно влияют на направление деления клеток, ученые спроектировали систему культивирования клеток, которая позволяет отслеживать деление клеток и их ориентацию в течение нескольких дней в миниатюрном формате. Затем они использовали комбинацию генетических и молекулярных инструментов, чтобы понять нисходящую функцию этих малых молекул, способных влиять на ориентацию деления клеток в растениях.
Понимание того, как растут корни, может помочь нам вывести растения, которые, например, более устойчивы к засухе. Исследования группы профессора Берта Де Рибеля из VIB-UGen (Центр медицинской биотехнологии Фландрийского института биотехнологий) в сотрудничестве с коллегами из других подразделений и Гентского университета раскрывают, как корни проходят фазу «полового созревания», что может иметь важные последствия для развития климатически устойчивого сельского хозяйства. Их работа опубликована в Science.
Растения, как и все живые организмы, проходят через различные стадии развития, начиная с семян, становясь побегами и, в конечном итоге, взрослыми, фертильными растениями. Они даже проходят своего рода «половую зрелость», во время которой молодой побег меняет свои модели роста, что жизненно важно для выживания и адаптации к окружающей среде. Изменяя направление, в котором делятся клетки, растения могут расти больше в ширину, чем в высоту, или наоборот.
Между первой и третьей неделей развития корни претерпевают множество изменений. Теперь ученым удалось получить молекулярные данные о «половой зрелости корней». Их выводы подчеркивают решающую роль промотора SQUAMOSA PROMOTER BINDING PROTEIN-LIKE 13 (SPL13) в регуляции ориентированных делений клеток, процесса, необходимого для правильного роста и морфологии корней.
«Наше исследование дает молекулярные знания о возрастных изменениях, происходящих в корне в течение этой критической фазы, - говорит профессор Де Рибель. - Мы обнаружили, что изменение экспрессии генов факторов транскрипции SPL, в частности SPL13, имеет решающее значение для этого перехода, регулируя ориентацию деления клеток».
Переход, являющийся результатом активности SPL13, характеризуется отчетливыми изменениями в морфологии и молекулярном профиле корней, которые имеют решающее значение для общего развития растения.
Доктор Доминик Оденаэрт, руководитель VIB Screening Core (часть VIB Technologies), поясняет: «Мы предоставили передовую технологию скрининга на основе микроскопии, которая позволила нам выявлять молекулы, которые изменяют ориентацию деления клеток в клеточных культурах. Оценивая механизм действия идентифицированных соединений, мы смогли продемонстрировать, что изменение продукции SPL13 в клетках заставляет корневые системы расти круче и глубже».
Изменение уровня экспрессии SPL13 даже позволило ученым ускорить или замедлить старение корней у модельного растения арабидопсиса.
«Малая молекула coral7 индуцирует уровни экспрессии SPL13. Модулирование уровней SPL позволяет прерывать фактическое время от времени развития и, таким образом, вызывает быстрое старение или продление молодости. Наше исследование не только представляет ранее неизвестный фундаментальный механизм развития растений, но и открывает новые возможности для повышения урожайности и устойчивости растений к изменяющимся условиям окружающей среды», - отмечает профессор Де Рибель.
Поскольку население планеты продолжает расти, оптимизация роста и развития растений будет иметь решающее значение для продовольственной безопасности. Важность факторов транскрипции SPL в биологии растений подчеркивает их потенциальное применение в сельском хозяйстве посредством изменения моделей роста корней, что может сделать сельскохозяйственные культуры более устойчивыми к засухе, например.
Раскрывая ранее скрытую сложность развития корней, это исследование также выявляет пробел в современных исследованиях растений. Большинство исследований используют образцы корней, которым одна неделя, но теперь ясно, что корни претерпевают значительные изменения в морфологии и экспрессии генов на стадии до трех недель.
Источник: VIB (the Flanders Institute for Biotechnology).
Заглавное фото: Медведева Анна, AgroXXI.ru.
Интересна тема? Подпишитесь на наши новости в ДЗЕН | Канал в Telegram | Группа Вконтакте | Дзен.новости.