Научный взгляд: раскрыт биологический механизм контроля роста растений

Растения формируют новые органы в особых зонах роста, известных как меристемы. Меристемы растений — ткани, состоящие из интенсивно делящихся и сохраняющих физиологическую активность на протяжении всей жизни клеток. Меристемы содержат стволовые клетки и обеспечивают непрерывное нарастание массы растения, предоставляя материал для образования различных специализированных тканей.

Стволовые клетки зависят от сигналов, поступающих от других клеток.

Эта зависимость от сигнальных процессов также является защитным механизмом. Если бы стволовые клетки могли бесконтрольно размножаться, это привело бы к неконтролируемому росту, как в случае с раком.

WOX5 — важная сигнальная молекула, которая регулирует стволовые клетки в меристеме. Однако механизм, с помощью которого она это делает, ранее был неизвестен.

На примере корней растений исследователям удалось выяснить, какие регуляторные механизмы обеспечивают контролируемый рост меристемы. Ученые идентифицировали молекулу HAN как важный фактор, передающий функцию WOX5.

Молекула HAN является важным регулятором роста растений.

Исследователям удалось показать, что HAN передает сигнал WOX5 и гарантирует, что ген CDF4 остается неактивным в стволовых клетках. В противном случае ген CDF4 приводил бы к угнетению свойств стволовых клеток. Подавляя ген CDF4, молекула HAN позволяет стволовым клеткам в меристеме корня оставаться недифференцированными и продолжать делиться.

В исследовании были использованы методы молекулярной биологии и математическое моделирование, что позволило объяснить, что сложный механизм может быть преимуществом для растения: участие молекулы HAN в качестве связующего звена между WOX5 и CDF4 делает регуляцию стволовых клеток менее чувствительной к влиянию окружающей среды.

Точное понимание процессов роста растений является важной основой для селекции более устойчивых и высокоурожайных культур. Это позволяет целенаправленно выявлять и отбирать растения, способные расти и давать урожай даже в не самых благоприятных условиях, например при экстремальных погодных условиях.

Изучение процесса роста помогает понять механизмы защиты растений для адаптации к переменным условиям окружающей среды и вредным организмам. Во Всероссийском центре карантина растений (ФГБУ «ВНИИКР» Россельхознадзора) проводят исследования по изучению устойчивости сортов экономически значимых растений-хозяев к возбудителям карантинных бактериальных и вирусных болезней растений.

Источник: Sharma, M., et al. A coherent feed-forward loop in the Arabidopsis root stem cell organizer regulates auxin biosynthesis and columella stem cell maintenance.Nature Plants (2024). doi.org/10.1038/s41477-024-01810-z