Поиск баланса
В поисках ответов Кристина Отвос, научный сотрудник исследовательской группы Евы Бенковой, вместе с коллегами из Мадридского политехнического университета, Папского католического университета Чили, Австрийского технологического института и Университета Монпелье рассмотрели две крайности. : Они сравнили реакцию проростков арабидопсиса, выращенных исключительно на аммонии, после того, как ученые перенесли их в среду, содержащую аммоний или нитрат.
Если растение живет в неоптимальной почве, оно пытается как можно дольше поддерживать рост корней, чтобы получить более подходящую форму азота. Основными процессами, поддерживающими рост корней, являются пролиферация клеток в меристеме, растительной ткани, состоящей из недифференцированных клеток, и рост клеток.
Растение должно найти баланс между этими двумя. Обладая аммонием, арабидопсис не так любит азот, меристематическая зона кресс-салата дает меньше клеток. Вместо этого они очень быстро удлинялись. «Как только мы перевели растения на нитрат, внезапно меристема стала больше, было произведено больше клеток, и была другая кинетика роста клеток», – говорит Бенкова. "Теперь Arabidopsis мог позволить себе больше энергии вкладывать в деление клеток и по-другому оптимизировать рост корней."
Контроль потока гормонов
Вкладывается ли растение в пролиферацию или удлинение клеток, зависит от уровня ауксина. Этот растительный гормон необходим для всех процессов развития.
Он очень контролируемым образом транспортируется от одной клетки к другой с помощью специальных транспортеров ауксина. Белки, которые контролируют транспортировку ауксина из клеток, так называемые переносчики оттока, регулируют поток ауксина в зависимости от того, на какой стороне клетки они находятся. Бенкова и ее команда особенно интересовались транспортером ауксина PIN2, который опосредует поток ауксина в самом кончике корня.
Исследователи смогли идентифицировать PIN2 как главный фактор, устанавливающий баланс между делением и удлинением клеток. «Мы заметили, что как только мы перевели растения на нитрат, локализация PIN2 изменилась. Тем самым он изменяет распределение ауксина."
С другой стороны, активность PIN2 зависит от его статуса фосфорилирования. «Что нас действительно удивило, так это то, что одна модификация, фосфорилирование такого большого белка, как переносчик оттока, может иметь такое важное влияние на поведение корней», – добавляет Бенкова. Кроме того, аминокислота PIN2, которая является мишенью фосфорилирования, присутствует во многих различных видах растений, что позволяет предположить, что PIN2 может универсально участвовать в стратегиях адаптации других видов растений к изменению источников азота.
На следующем этапе исследователи хотят понять механизм, который контролирует изменение статуса фосфорилирования.
Очень внимательный взгляд
"Настоящее исследование является результатом участия многих разных людей, от клеточных биологов и специалистов по информатике до людей, работающих в области передовой микроскопии. Это действительно мультидисциплинарный подход », – подчеркивает Ева Бенкова. Например, чтобы внимательно изучить процессы, происходящие в корнях арабидопсиса, биологи использовали вертикальный конфокальный микроскоп – инструмент, специально адаптированный в IST Austria для удовлетворения потребностей исследователей.
Вместо горизонтального предметного столика в микроскопе используется вертикальный, что позволяет наблюдать за ростом растений естественным образом – по фактору силы тяжести. Благодаря высокому разрешению Бенкова и ее команда смогли наблюдать, как клетки корней арабидопсиса делятся и расширяются в режиме реального времени.
В предыдущем проекте исследователи из IST Austria выиграли видеоконкурс Nikon Small World in Motion, демонстрирующий отслеживание кончика растущего корня Arabidopsis thaliana в реальном времени под микроскопом.