Тиск і ауксин допомогли коріння рослин залікувати рани
Рослина заліковує пошкодження кореня, внаслідок падіння тиску всередині клітин поруч з раною, повідомляється в Proceedings of the National Academy of Sciences. Ці клітини починають активно виділяти гормон ауксин, він діє на фактор транскрипції ERF115 і таким визначає, в яких площинах будуть ділитися і рости нові клітини, потрібні для відновлення втрачених тканин.
Коли цілісність тіла тварини порушується (простіше кажучи, його ранять), на місце пошкодження переміщаються клітини імунної системи і стовбурові клітини. Вони знезаражують рану і відновлюють загублений обсяг тканини. Клітини рослин не можуть так рухатися: заважає щільна стінка з целюлози, яка їх оточує. Крім того, стінки сусідніх клітин міцно з'єднуються один з одним. Тому для заліковування пошкоджень доводиться застосовувати іншу стратегію.
Клітини рослин, що лежать в безпосередній близькості від рани, втрачають свою спеціалізацію і перетворюються в освітні (компоненти ранових меристем), нащадки яких можуть увійти до складу тканини будь-якого необхідного типу. Щоб повернути місця пошкодження колишній вигляд, вони повинні розтягуватися і ділитися в одних напрямках сильніше і частіше, ніж в інших. Що і як координує поділ і ріст клітин ранових меристем, було не цілком вивчено, але відомо, що зростання кореня і його окремих частин регулює рослинний гормон ауксин.
Фізіологи рослин з Австрійського Інституту наук і технологій на чолі з іржі Фрімлем (Jiří Friml) спробували з'ясувати подробиці заліковування ран у рослин на прикладі популярного модельного об'єкта — арабідопсису, або резуховидки, Таля (Arabidopsis thaliana). Для цього вони точково пошкоджували лазером коріння арабідопсису і після цього кілька годин спостерігали за загоєнням в реальному часі.
Рослини, які використовували в експериментах, були трансгенними: вони, на відміну від резуховидок дикого типу, експресували ген зеленого флуоресцентного білка, зчеплений з геном фактора транскрипції ETHYLEN-RESPONSIVE 115 (ERF115). Відомо, що ERF115 виробляється в клітинах поблизу ран, але не у звичайних меристемах, і активний в ядрі (тому, що він управляє утворенням копій РНК з різних генів, а це здебільшого ядерний процес).
Крім зеленого флуоресцентного білка клітини кореня виробляли ще комплекс речовин, пов'язаних з іншим флуоресцентним білком-Tdtomato. Будова цього комплексу змінювалося під дією ауксину так, що світіння Tdtomato можна було помітити тільки в клітинах, які виробляли багато цього гормону. За зміною флуоресценції дослідники могли зрозуміти, які клітини задіяні в загоєнні ран.
На малюнку різні ролі клітин, що беруть участь в загоєнні рани, і інтенсивність флуоресценції в них. Рожевим показані мертві клітини і клітинні стінки, зеленим-ядра.
Виявилося, що в клітинах, безпосередньо прилеглих до місця поранення, швидко підвищується концентрація ауксину, а він активує роботу фактора транскрипції ERF115. Вони втрачають спеціалізацію, діляться (спеціалізовані клітини цього не можуть) і витягуються в бік рани. У дочірніх клітинах ситуація змінюється: тільки ті, які межують з раною, зберігають підвищений рівень ауксину, а в інших його зміст знижується. Якщо ввести інгібітори цього рослинного гормону, експресія ERF115 не посилюється.
Щоб зрозуміти, як клітини визначають свою близькість до місця пошкодження, дослідники порушували лазером цілісність однієї клітини кореня, в результаті чого частина її вмісту витікала. Рівень ауксину підвищувався в сусідніх клітинах. Але якщо в клітини попередньо вводили 0,5-молярний розчин манітолу — речовини, яка підтримує тургор на високому рівні (змушує клітини інтенсивніше звичайного поглинати воду, і ця вода сильніше тисне на клітинні стінки), точкове пошкодження не призводило до помітного стрибка концентрації ауксину і інтенсивності поділу. При цьому клітини, які не входять до складу ранових меристем, ділилися зі звичайною швидкістю.
Виходить, поділ і ріст клітин при пораненні запускає підвищений рівень гормону ауксину, який стимулює експресію фактора транскрипції ERF115. Напрямок поділів і розтягування клітин визначається тиском всередині них: при пораненні воно падає в клітинах в безпосередній близькості до місця пошкодження. Також, по всій видимості, і сам рівень ауксину залежить від тургору: в клітинах, які не стикаються з раною, він падає незалежно від їх походження.
Людині, яка не дуже багато знає про рослини, вони можуть здатися нудними і як би недостатньо живими. Але насправді вони точно так же, як і тварини, і інші організми, взаємодіють з іншими видами — як корисними для них (наприклад, бактеріями в листі), так і небезпечними. Так, Рослини навчилися змінювати поведінку поїдають їх гусениць, щоб ті нападали один на одного, і включати до складу нектару мікродози нікотину, щоб залучати джмелів-запилювачів (великі концентрації нікотину відлякують комах і небезпечні для них). Взаємодія двостороння: якщо джмелі не знаходять відповідних квіток, вони особливим чином проколюють листя рослин, і у тих прискорюється розпускання бутонів.
Також читайте: