Растения жертвуют клетками корневого кончика, спасаясь от холода

Исследование проводили на резуховидке Таля — обычном модельном растении, которое часто используют в экспериментах. Фото: Vasiliy Koval / Фотодом / Shutterstock
Исследование проводили на резуховидке Таля — обычном модельном растении, которое часто используют в экспериментах. Фото: Vasiliy Koval / Фотодом / Shutterstock

Международная группа исследователей России и Сингапура обнаружила и исследовала механизм адаптации к холоду у растений. Оказалось, растения жертвуют только что родившимися клетками кончика корня, чтобы пережить холод.

У растений есть клетки, которые по аналогии с животными можно назвать стволовыми, — это клетки на кончике корня или побега, которые дают начало любым новым тканям во время роста. Стволовые клетки образуют нишу, а в ней есть покоящийся центр, который обеспечивает ее поддержание, — его клетки редко делятся, но сигнализируют остальным оставаться стволовыми, то есть сохранять возможность превращаться в клетки любого типа. Для благополучного развития корня важно, чтобы ниша не нарушалась.

Ученые из Сингапура изучали стволовые клетки, которые находятся в корневом чехлике — зоне, находящейся на самой вершине каждого корневого волоска. Они обнаружили, что при низкой температуре (+ 4 °С) в стволовых клетках растения повреждается ДНК, что может привести к гибели потомков этих клеток. При этом, как оказалось, гибель клеток на самом кончике корня помогает выжить остальным клеткам ниши и «закаляет» растение, которое становится более устойчивым к любым другим стрессам.

«Гибнут только клетки кончика корня, жизнь которых и так коротка, в то время как остальные ткани остаются неповрежденными», — сказала Виктория Миронова, кандидат биологических наук, один из соавторов статьи.

Ученые из России исследовали процессы, которые происходят на кончике корня с помощью математической модели. Оказалось, что механизм, который приносит клетки в жертву ради выживания растения, регулируется генами, ответственными за транспорт ауксина — гормона, необходимого для жизни ниши стволовых клеток.

«Моделирование показало, что в холодных условиях, когда происходит деление клеток центральной части корневого чехлика, концентрация гормона в покоящемся центре падает и это создает угрозу для дальнейшей жизни растения. Когда же эти клетки погибают, концентрация гормона восстанавливается, что позволяет сохранить нишу стволовых клеток. Наше предсказание проверили исследователи из Сингапура — и действительно, они обнаружили, что экспрессия гена WOX5, одного из основных регуляторов поддержания ниши стволовых клеток, снижается при отсутствии гибели дочерних клеток в сравнении с корнями, где смерть клеток имела место», — объяснила Мария Савина, другой соавтор работы. Ее слова приводит пресс-служба НГУ.

По словам ученых, продолжение исследований принесет ощутимую пользу сельскому хозяйству: по их мнению, перед похолоданием растения можно обработать ауксином, чтобы избежать гибели клеток и помочь растениям благополучно пережить стресс, не прибегая к жертвам. Как полагают ученые, результаты исследования могут пригодиться и для исследования способов адаптации к холоду у млекопитающих, так как организация ниш стволовых клеток, функционирование, чувствительность к стрессу сходны у животных и растений.

Исследование опубликовано в журнале CELL.

Ранее ученые из Британии и Японии обнаружили у растений ген, с помощью которого их корни находят воду.

Теги:

Читать еще на Чердаке: