Ученые раскрыли механизм, управляющий стволовыми клетками растений

Китайские ученые раскрыли ключевой механизм, регулирующий работу растительных стволовых клеток, что открывает новые возможности для повышения урожайности, качества и устойчивости сельскохозяйственных культур. Исследование, опубликованное в журнале Science, показало, что механические свойства клеточной стенки играют решающую роль в этом процессе.

Ян Вэйбин (в центре), исследователь из Центра передового опыта в области молекулярных наук о растениях Китайской академии наук, с коллегами. [Фото предоставлено chinadaily.com.cn]

Исследователи обнаружили, что основной компонент клеточной стенки — пектин — в стволовых клетках на кончиках побегов распределяется по бимодальному принципу. Старые, зрелые стенки жесткие, как несущие балки здания, в то время как новые стенки, образующиеся при делении клетки, изначально мягкие и гибкие. Эта разница в жесткости контролируется простым химическим изменением пектина.

Команда определила ключевой фермент PME5, который отвечает за размягчение пектина. Ученые выяснили, что инструкция для создания этого фермента — матричная РНК (мРНК) — хранится «под замком» в ядре клетки.

«Это похоже на мощный инструмент, надежно спрятанный в ящике с инструментами, — объяснил исследователь Центра КАН Ян Вэйбин. — Ящик открывается только тогда, когда клетка активно делится. Когда ядро временно распадается, мРНК PME5 высвобождается, немедленно превращается в фермент PME5 и доставляется прямо к месту формирования новой стенки, размягчая ее именно там и тогда, когда это необходимо».

Этот механизм ядерного «заточения» обеспечивает точность: зрелые стенки остаются жесткими и структурными, а новые — достаточно гибкими, чтобы занять правильное положение. Ученые отмечают, что такая бимодальная структура стенок обнаружена у различных культур, включая кукурузу, сою и томат, что указывает на ее фундаментальную роль в росте растений.

По словам Ян Вэйбина, который также является автором-корреспондентом статьи, ключевые признаки урожая, такие как количество побегов, длина метелок и число семян, определяются активностью стволовых клеток. Понимание этого «кода» клеточной стенки может в будущем позволить ученым создавать культуры с улучшенной архитектурой и более высокой урожайностью, что важно для продовольственной безопасности.

Работа над этим исследованием, результаты которого были опубликованы 5 декабря 2024 года (в 20:00 по московскому времени), велась около десяти лет.