Новое исследование Вашингтонского университета в г. Луи предлагает подсказки о том, как механочувствительные ионные каналы в клетках растения реагируют на набухание, вызывая гибель клеток – потенциально для защиты остальной части растения.
«Реакция растения на набухание клеток изучается в течение длительного времени, и о сигнальных событиях известно многое. Однако датчик, который в первую очередь обнаруживает набухание клеток, был неизвестен ", – сказала Лиз Хасуэлл, профессор биологии в области искусств и наук.
Об открытии, о котором сообщили Хасуэлл и Дебарати Басу, научный сотрудник лаборатории Haswell в выпуске журнала Current Biology от 11 июня, можно понять, как растения воспринимают механические сигналы, такие как набухание клеток, и реагируют на них, а не химические сигналы. , например, питательные вещества или факторы роста.
Растительные клетки вооружены прочной, но гибкой внешней клеточной стенкой, которая сдерживает силу воды, выталкивающей изнутри клетки. У растений нет скелета, поэтому только вода и целлюлоза удерживают их в вертикальном положении.
Без этой силы они слабеют. Но по мере того, как давление, выталкивающее наружу, – тургорное давление – становится слишком большим, клетка набухает и возникает дисбаланс.
На растениях было зарегистрировано, что набухание клеток приводит к высвобождению кальция в цитоплазму клетки и накоплению активных форм кислорода, нестабильных молекул, содержащих кислород, которые могут привести к гибели клеток. Когда клетка реагирует на набухание, определенные гены включаются или выключаются.
Но пропал игрок, который ощущает набухание клеток.
Между внешней стенкой клетки и внутренним содержимым клетки зажата плазматическая мембрана.
В плазматическую мембрану встроены механочувствительные ионные каналы или туннели, которые выделяют ионы в ответ на растяжение мембраны. Механочувствительный ионный канал 10 (MSL10) является одним из членов семейства механочувствительных ионных каналов, которым специализируется лаборатория Haswell.
Басу применил химическое вещество, которое заставит клеточную стенку терять свою прочность и становиться мягкой. В то же время она смогла повысить тургорное давление внутри клетки и изучить роль MSL10 на начальных этапах реакции набухания клеток.
Клетки растений, несущие мутацию, сделавшую MSL10 чрезмерно активным, реагировали на набухание клеток аналогично растениям дикого типа – высвобождался кальций, образовывались активные формы кислорода и изменялась экспрессия генов.
Однако ответ был более выраженным и отсутствовал, когда в растительных клетках отсутствовал MSL10.
Басу и Хасвелл обнаружили, что MSL10 является не только переносчиком ионов, но и основным ответчиком на набухание клеток.
"MSL10 – это ионный канал, поэтому можно подумать, что он сам транспортирует кальций. Это может быть неправдой ", – пояснил Басу. «Наши результаты предполагают возможность того, что MSL10 ощущает набухание клеток и активирует другой канал, который затем транспортирует кальций."
По мере набухания клетки клеточная стенка перестала выдерживать силу тургорного давления. Но он не взорвался. Вместо этого клетка умерла. Но погибли только растения с функциональным MSL10.
У растений без MSL10 гибели удалось избежать.
"Это может показаться нелогичным", – сказал Хасуэлл. «Почему для гибели клеток требуется MSL10 – можно ожидать, что он спасет жизни клеток во время набухания, а не наоборот.
Ключ в том, что клетки не умирали нормальной смертью, они подвергались запрограммированной гибели клеток."
Басу обнаружил, что MSL10 активирует запрограммированную гибель клеток – регуляторный механизм, происходящий изнутри клетки. Само по себе повреждение клетки не привело к смерти; MSL10 запустил программу клеточного самоубийства.
Почему растение вызывает самоубийство клеток в ответ на набухание клеток, до сих пор остается загадкой. Но у Басу и Хасуэлла есть несколько интригующих гипотез.
"Плазматическая мембрана, вероятно, была повреждена. Так что, возможно, завод хочет вернуть часть этого материала и вернуть его в завод с помощью этого регулируемого процесса », – предположил Басу.
Или, возможно, эти поврежденные клетки более восприимчивы к инфекции, и растение совершает клеточное самоубийство, чтобы спасти растение, жертвуя несколькими клетками.
«Мы уже знаем, что когда патоген заражает растение, растение убивает кучу инфицированных клеток, чтобы предотвратить распространение инфекции», – сказал Хасвелл. "Идея самоубийства клеток в ответ на механические стимулы интригует."