Ответ кроется не только в самих клетках, но и в окружающих их стенках. Новое исследование, опубликованное в журнале Science и проведенное под руководством доктора Ян Вэйбина из Центра передовых исследований в области молекулярной биологии растений Китайской академии наук, обнаружило скрытый «молекулярный привратник», который контролирует жесткость этих стенок, напрямую определяя судьбу стволовых клеток растений.
Как клеточные стенки растений контролируют рост
Все растительные клетки заключены в клеточную стенку — жесткую, но динамичную структуру, которая долгое время считалась простым каркасом. В новом исследовании ученые показали, что эта стенка отнюдь не статична. Они обнаружили удивительный «бимодальный» рисунок внутри центра стволовых клеток — апикальной меристемы побега.
Представьте себе это так: старые, зрелые стенки «жесткие», действуя как несущие балки здания. В то же время, каждый раз, когда клетка делится, образуя две новые клетки, новая стенка, формирующаяся между ними, изначально «мягкая» и гибкая. Эта разница в жесткости контролируется простой химической модификацией гелеобразного компонента в стенке, называемого пектином. Жесткие стенки содержат сильно «метилэтерифицированный» пектин, тогда как мягкие, новые стенки содержат «деметилэтерифицированный» пектин.
Именно эта закономерность навела на вопрос: как растение обеспечивает действие «размягчающего» фермента только на новые стенки клеток, не ослабляя случайно старые, наиболее важные из них?
Роль PME5 и ядерной секвестрации
Ученые точно определили ключевой ген фермента под названием PME5, главного регулятора, размягчающего пектин. Но они обнаружили хитрый трюк: клетка хранила инструкцию для этого фермента — матричную РНК (мРНК) PME5 — под замком внутри ядра. Это было похоже на то, как если бы мощный инструмент хранился в надежном ящике для инструментов.
«Инструментарий» открывался только тогда, когда клетка активно делилась. По мере временного распада ядра высвобождалась мРНК PME5. Она немедленно транслировалась в фермент PME5, который доставлялся прямо к месту формирования новой клеточной стенки, размягчая её именно там и тогда, когда это было необходимо. Это обеспечивало сохранение жёсткости и структурной целостности зрелых клеточных стенок, в то время как новые клеточные стенки деления были достаточно гибкими, чтобы правильно располагаться.
Чтобы доказать важность этого механизма, учёные нарушили его работу. Они генетически модифицировали растения таким образом, чтобы мРНК PME5 преждевременно покидала ядро, и фермент, размягчающий клетки, вырабатывался в неподходящее время и в неподходящем месте. Это вызвало хаос: схемы деления клеток стали неорганизованными, активность стволовых клеток резко упала, растения росли низкорослыми и давали странные, сгруппированные плоды. Это подтвердило, что точный контроль жёсткости клеточной стенки необходим для здорового развития растений.
Последствия для растениеводства и урожайности
Этот механизм «ядерной секвестрации» представляет собой сложную форму регуляции генов. Ученые обнаружили, что это распространенная стратегия, которая не является уникальной для PME5, а используется несколькими родственными ферментами. Кроме того, этот «бимодальный» рисунок клеточной стенки был обнаружен у различных культур, таких как кукуруза, соя и томаты, что указывает на то, что это консервативный, фундаментальный принцип роста растений.
Ключевые характеристики сельскохозяйственных культур, такие как количество побегов, длина метелок и количество семян, определяются активностью стволовых клеток. Изучив этот код клеточной стенки, ученые однажды смогут создавать культуры с улучшенной архитектурой и более высокими урожаями, просто изменяя те самые стенки, которые их поддерживают.
Источник: Chinese Academy of Sciences. Автор: Лю Цзя.
На графике - предложенная модель регулирования динамики растительных стволовых клеток посредством точной модификации пектина. Источник: Science (2025). DOI: 10.1126/science.ady4102
