Ученые раскрыли секрет регенерации растений
Растения имеют уникальную способность полностью восстанавливаться из обычной клетки, которая не участвует в их размножении. На клеточном уровне этот процесс контролируется определенными генами или белками, которые либо стимулируют, либо ограничивают возникновение апикального почечного ростка, где находится меристема - зона активного клеточного деления, от которой развиваются все боковые органы растения, такие как листья и бутоны. Пока неизвестно, какие конкретно молекулы участвуют в этом процессе. Чтобы выяснить это, ученые из Института науки и технологий Японии изучили восстановление растения арабидопсис.
В ходе исследования ученые выявили ключевой отрицательный регулятор процесса восстановления побегов - ген WOX13. Они обнаружили, что WOX13 и его белок играют важную роль в восстановлении. Этот ген способен активировать функцию, которая не дает клеткам каллуса делиться, путем подавления транскрипции на уровне РНК. Каллус - это масса неорганизованных, пластичных клеток, которая образуется в результате повреждения растения и может дать начало новым тканям и органам.
Предыдущие исследования уже установили роль WOX13 в восстановлении тканей и адгезии органов после трансплантации. Поэтому ученые решили проверить, как этот ген влияет на процесс восстановления побегов. Они использовали модель арабидопсиса с измененным геном WOX13 и провели двухэтапное тканевое культивирование. Выяснилось, что в растениях без функционального WOX13 регенерация побегов происходит быстрее (на 3 дня), а при активации экспрессии WOX13 процесс замедляется. Эти результаты указывают на то, что WOX13 отрицательно влияет на процесс регенерации побегов.
Для подтверждения своих выводов исследователи сравнили мутантные растения WOX13 с обычными растениями с помощью анализа РНК на разных временных точках. Они обнаружили, что отсутствие гена WOX13 не сильно меняло активность генов в арабидопсисе в условиях, способствующих образованию каллуса. Однако при условиях, которые способствуют образованию побегов, мутация WOX13 усиливала изменения в активности генов, отвечающих за регуляцию побегов. Уже через 24 часа после активации гена WOX13 в мутантных растениях активность этих генов снижалась.
Таким образом, ген WOX13 подавляет определенные гены, которые регулируют образование побегов, и одновременно активирует гены, которые контролируют рост и дифференциацию клеток. Дополнительные эксперименты с использованием метода одноклеточного секвенирования подтвердили, что ген играет ключевую роль в определении судьбы многопотенциальных клеток каллуса.
Это исследование показывает, что WOX13 отличается от других известных отрицательных регуляторов регенерации побегов, которые просто предотвращают переход от каллуса к апикальному почечному ростку. WOX13 подавляет образование апикального почечного ростка, но способствует появлению альтернативных судеб клеток.
По словам ученых, удаление гена WOX13 может стимулировать образование побегов и повысить контроль над их развитием. Это может быть полезным инструментов в сельском хозяйстве и садоводстве для ускорения процесса образования побегов у растений.