Исследование проливает свет на пути регенерации растений
В сложном мире биологии растений исследователи стремятся раскрыть секреты регенерации растений. Растения обладают удивительной способностью восстанавливать целый организм из соматической клетки - обычной клетки, обычно не связанной с размножением. Регенерация растений основана на формировании структуры, известной как апикальная меристема побега (SAM), которая впоследствии дает начало боковым органам, имеющим решающее значение для восстановления растения.
Однако образование SAM происходит не просто бессистемно - оно регулируется целым рядом положительных и отрицательных регуляторных молекул. Но какими именно молекулами, и есть ли другие регуляторные слои, которые еще предстоит раскрыть? Чтобы ответить на эти вопросы, исследовательская группа под руководством Нарского института науки и технологии (NAIST) в Японии сосредоточила свое внимание на арабидопсисе - модельном растении, часто используемом в генетических исследованиях.
Исследователи выявили и охарактеризовали ключевой негативный регулятор регенерации побегов, известный как ген WUSCHEL-RELATED HOMEOBOX 13 (WOX13), и сопутствующий ему белок.
Исследование, опубликованное в журнале Science Advances, показывает, как WOX13 способствует неделению (немеристематической функции) каллусных клеток. Это действие в качестве транскрипционного (на уровне РНК) репрессора может влиять на эффективность регенерации растений.
"Поиск стратегий, позволяющих повысить эффективность регенерации побегов у растений, ведется давно. Однако прогресс сдерживался из-за неясности соответствующих регуляторных механизмов. Наше исследование восполняет этот пробел, определяя новый путь спецификации клеточной судьбы", - пояснила Момоко Икеучи, главный исследователь исследования.
Предыдущие исследования группы Икеучи установили роль WOX13 в восстановлении тканей и адгезии органов после пересадки, что вызвало интерес к потенциальной роли этого гена в регуляции регенерации побегов.
Они провели эксперимент с мутировавшей версией арабидопсиса, названной мутантом wox13, у которой ген WOX13 не функционирует. Используя двухступенчатую систему культуры тканей, специалисты проанализировали скорость регенерации побегов у растений как с геном WOX13, так и без него.
Анализ дал четкую картину: Регенерация побегов происходила быстрее - примерно на три дня - у растений, не имеющих гена WOX13, и, наоборот, медленнее, когда экспрессия WOX13 была индуцирована. Стало очевидно, что WOX13 является негативным регулятором регенерации побегов.
Для подтверждения этих выводов было проведено сравнительное исследование с использованием секвенирования РНК, в ходе которого изучалась экспрессия генов в разных временных точках как у мутантов wox13, так и у нормальных растений (дикого типа).
Отсутствие WOX13 не привело к существенному изменению экспрессии генов арабидопсиса в условиях каллус-индуцирования. Однако отсутствие WOX13 в условиях, индуцирующих рост, значительно усиливало генные изменения, приводя к усилению экспрессии генов-регуляторов меристемы побега. При сверхэкспрессии WOX13 в мутантных растениях эти же гены подавлялись в течение 24 часов.
Это открытие выявило важнейшую роль WOX13, показав, что он ингибирует подмножество регуляторов меристемы побега, одновременно активируя гены-модификаторы клеточной стенки, участвующие в расширении и дифференциации клеток.
