Как растения используют вредные химические вещества с выгодой для себя: новое открытие

Ученые из Университета Дьюка (США) обнаружили сложные молекулярные взаимодействия веществ, регулирующих рост корней у растений. В будущем это поможет вывести более продуктивные культуры для различных типов грунтов и решить проблему голода в мире.

Ученые Филипп Бенфей и его коллеги Масаси Ямада и Синьвэй Хан заинтересовались рядом процессов, определяющих рост корня. Когда корень проходит через почву, стволовые клетки на его кончике должны определить, что нужно делать: создавать новые стволовые клетки либо дифференцировать их на другие типы клеток в зависимости от их расположения в ткани корня. 

Корни очень важны для растения, поскольку они удерживают его в вертикальном положении, закрепляя в почве, а также обеспечивают поглощение воды и минеральных веществ. Исследование показало, что клетки корня получают нужную информацию от веществ, которые традиционно считаются токсичными.

Существуют естественные побочные продукты клеточного дыхания – молекулы, называемые «активными формами кислорода». Они считаются сигналами стресса, и если их не контролировать, то могут вызвать повреждение тканей. Но они же играют важную роль в передаче сигналов клеткам корня, как показывает работа ученых. 

Биологи использовали небольшое цветковое растение – резуховидку Таля (Arabidopsis thaliana) – и выяснили, что  рост ее корня частично регулируется взаимодействием двух типов активных форм кислорода: супероксидным радикалом и перекисью водорода. Оба они накапливаются в разных зонах кончика корня.

Корни растут вглубь благодаря небольшому участку стволовых клеток на кончике корня. Эти клетки постоянно делятся, продвигая корень глубже, тогда как дочерние клетки, которые остались дальше от кончика, перестают делиться и начинают специализироваться.

Скорость роста корня зависит от баланса двух противоположных сигналов: 

1. сигнала, побуждающего стволовые клетки продолжать делиться;
2. сигнала, тормозящего деление и меняющего механизм клеток таким образом, чтобы они перестали делиться и начали специализироваться.

Ученые определили белок под названием RITF1, который при активации контролирует, какой из сигналов будет работать, определяя, где будут концентрироваться две активных формы кислорода.

Эти химические сигналы сообщают окружающим клеткам, что делать дальше. Клетки, которые подверглись действию повышенного количества супероксидного радикала, продолжают делиться и производить новые клетки. Тогда как клетки, которые получают больше перекиси водорода, дифференцируются.

«Активные формы кислорода – это не просто токсичные химические вещества, – отметил Филипп Бенфей. – Они играют важную роль в качестве регуляторов процесса развития: от стволовых клеток до полностью дифференцированных тканей».