Растения состоят из очень жестких клеток. Подобно кирпичам в стене, эта особенность дает им структурную поддержку, позволяющую сохранять форму и стоять вертикально, преодолевая силу тяжести. Однако, как и любой живой организм, растения могут быть повреждены, например, ветром, кормлением насекомых-вредителей или животными. В то время как у людей и животных есть клетки, которые движутся вместе с кровью, чтобы обнаружить и залечить раны, растениям приходится развивать совершенно другой механизм из-за их жесткости и неподвижности.
Совместное исследование Лукаса Хёрмайера, групп Фримла, Бенковой и Гейзенберга из Института науки и технологий Австрии (ISTA) и их коллег теперь дает новое представление о том, как им растения занимаются самолечением.
Ученые повредили модельное растение арабидопсиса (Arabidopsis thaliana) лазерным лучом и проанализировали последующий процесс заживления ран с помощью микроскопии. Результаты, опубликованные в журнале Developmental Cell, дают точное представление о том, что происходит: при травме ткань немедленно реконструируется и заставляет клетки делиться, чтобы закрыть рану.
Внутри растительные клетки находятся под высоким давлением. Когда ткань повреждается, клетки умирают. Они лопаются и сбрасывают давление, создавая пустоту, которую необходимо заполнить как можно быстрее. Соседние клетки действуют как первые ответчики, проникая в этот разрыв.
«Это похоже на два воздушных шара, которые склеены и сжаты вместе. Если один лопается, другой немедленно растягивается и деформируется в сторону разорванного, чтобы уравновесить давление», — объясняет Хёрмайер. Клетки удлиняются и начинают делиться, давая начало новым клеткам, которые в конечном итоге закрывают рану и могут делать это в нескольких направлениях. Почему?
Хёрмайер и его коллеги ингибировали определенные молекулы, которые, как считалось, влияют на этот конкретный процесс деления, но не заметили никаких изменений в заживлении ран.
«К нашему удивлению, процесс продолжал работать, что бы мы ни делали», — говорит Хёрмайер. Следовательно, они сместили акцент проекта на механические аспекты. Чтобы визуализировать эту механику, ученые использовали специально разработанный микроскоп, оснащенный лазером. Лазерный луч повредил ткани растения, и микроскоп зафиксировал, что произошло дальше.
Проанализировав видеоматериал, исследователи обнаружили, что микротрубочки — динамические белковые структуры в клетке, которые помогают разделять генетический материал при делении — реагируют на механические изменения. Когда клетки растягиваются, микротрубочки меняют свое положение и устанавливают ориентацию деления клеток, что запускает процесс.
«Наши результаты показывают, что чисто механические силы, возникающие в результате растяжения клеток, стимулируют деление клеток при заживлении ран у растений», — говорит Хёрмайер.
Это новое исследование демонстрирует, что развитие и регенерацию тканей у растений можно понять с помощью принципов механики. Это также подчеркивает замечательную эффективность растений в заживлении травм — силой, которой они должны обладать, поскольку постоянно подвергаются воздействию окружающих условий, что становится еще более важным, учитывая продолжающееся изменение климата.
Понимание того, как растения заживляют раны и регенерируют, открывает перспективы для селекционеров в выведении чрезвычайно устойчивых растений для выращивания, например, на засоленных почвах или устойчивых к травоядным вредителям, заключают авторы работы.
Источник: Institute of Science and Technology Austria. Автор: Флориан Шледерер.
Заглавное фото: Лукьянов Дмитрий, AgroXXI.ru.