Как растения понимают, где верх, а где низ, куда двигаться (расти) при росте и развитии? Знание того, где верх, а где низ, важно для всех живых существ. Для растений, которые вырастают корни в почве и цветы над землей, неправильная поляризация вызовет целый ряд проблем. У растений поляризация всего организма зависит от поляризации каждой клетки. Деление клеток, однако, нарушает поляризацию. Как восстанавливается полярность, ранее было неизвестно.

Теперь исследователи из Института Науки и Технологии Австрии (IST Austria) решили одну часть головоломки: они обнаружили, что растительные клетки наследуют знания вверх и вниз от материнской клетки. Исследование, проведенное Йиржи Фримлем, профессором Института науки и технологий Австрии (IST Austria), Матууш Гланц, Ph.D. Студент группы Friml и Матяш Фендрих, ранее работавший в группе Friml, а ныне доцент Карлова университета в Праге, публикуется сегодня в журнале Nature Plants.

Направленный транспорт гормона ауксина устанавливает поляризацию у растений, но этот транспорт, в свою очередь, зависит от полярного распределения переносчиков ПИН-ауксина в каждой клетке. Это означает, что каждая отдельная клетка должна быть полярно организована, чтобы растение могло отличаться сверху вниз. Деление клеток, однако, создает проблему: при каждом делении перенос белков полярной мембраны, таких как переносчики PIN-ауксина, перенаправляется на обе вновь образованные мембраны. Следовательно, полярность переносчика PIN-ауксина теряется в одной из дочерних клеток после каждого деления. Как правильно установить полярность, неизвестно. Используя новую линию трансгенных растений арабидопсиса, в которой флуоресцентные переносчики PIN ауксина могут отслеживаться исключительно в делящихся клетках.

То, что они нашли, было удивительно, говорит первый автор Матуш Гланц. «Мы думали, что клетки должны будут общаться со своими соседями, чтобы правильно восстановить полярность. Поэтому мы сначала искали сигнал, который будет передаваться между ячейками. Но мы не нашли такой вещи. Вместо этого мы обнаружили, что полярность передается материнской клеткой».

Как точно взаимодействуют материнские клетки с дочерними, пока неизвестно, добавляет Гланк. «Мы знаем, что информация о полярности не передается по сигналам от соседей, а наследуется от материнской клетки – мы все еще пытаемся понять как».

Исследователи также обнаружили, что эндоцитоз, который удаляет белки с поверхности клетки, имеет решающее значение для восстановления полярности. Ранее считалось, что переносчики ПИН-ауксина, которые после деления оказываются на «неправильной» клеточной стороне, удаляются эндоцитозом и перемещаются на правильную сторону. В статье исследователи показывают, что вместо того, чтобы переправляться, неправильно расположенные транспортеры подвергаются эндоцитозу и уничтожаются. Новые ПИН-транспортеры сделаны и вставлены в правильную сторону клеточной мембраны.

Группа киназ, PINOID и его гомологов WAG1 и WAG2, модифицирует переносчики PIN посредством химической реакции, называемой фосфорилированием, и также имеет решающее значение для определения их полярности. Растения, в которых все три киназы больше не функционируют, не могут восстановить полярность после деления клетки. У этих мутантов мы видим, что происходит, когда растения неправильно меняют полярность: корни не врастают в почву под действием силы тяжести, а вместо этого колеблются и поворачиваются.

По словам Гланка, в то время как исследование дало некоторые важные ответы относительно того, как восстанавливается полярность, остается больше вопросов. «Мы определили эндоцитоз и фосфорилирование как ключевые шаги в установлении полярности, и мы показали, что полярность наследуется от матери. Но нам все еще нужно выяснить природу унаследованной информации. Это что-то присущее клеткам, но какой белок, липид или сахар вовлечен, еще неизвестно».

По материалам phys.org