Соответствующая научная работа была опубликована в журнале Science Advances и включает сотрудничество исследователей Института материаловедения Барселоны (ICMAB-CSIC) с коллегами из Университета штата Колорадо.
Бактериальная целлюлоза (БЦ), синтезируемая некоторыми бактериями в виде биопленки, состоит из высокочистых целлюлозных волокон. БЦ широко использовалась в биомедицинских приложениях для человека, демонстрируя высокую степень биосовместимости, но ее потенциальные лечебные эффекты в растениях были неизвестны.
Пленка БЦ, выращенная в квадратной чашке Петри. Фото: CRAG.
В этой работе ученые продемонстрировали, что заплатки БЦ вызывают регенерацию растительной ткани, и впервые определили точный молекулярный механизм, лежащий в основе этого процесса.
Раненые листья модельных растений Nicotiana benthamiana и Arabidopsis thaliana были покрыты заплатками BЦ, и образование новых клеток по обе стороны от среза наблюдалось через два дня после ранения, достигая полного закрытия раны через семь дней.
Этот процесс заживления ран стимулировался именно БЦ, но не другими структурно схожими матрицами, такими как растительная целлюлоза, что указывает на то, что БЦ обладает особыми свойствами, выходящими за рамки предотвращения обезвоживания или содействия физическому контакту.
Ученые обнаружили, что в заплатках БЦ содержатся цитокинины - класс гормонов, участвующих в развитии растений.
«Растения с дефектной сигнализацией цитокининов не отреагировали на заплатки BЦ, что подтверждает, что цитокинины играют решающую роль в запуске регенерации», - объясняет Нереа Руис-Солани, один из первых авторов исследования.
Команда также выявила образование окислительного стресса (ROS) в местах ран при нанесении бактериальных заплаток. Геномный и биоинформационный анализы позволили ученым идентифицировать конкретные гены, вовлеченные в процесс, которые обычно связаны с биотическими реакциями, т. е. защитными механизмами от патогенов. Было обнаружено, что фактор транскрипции WRKY8, который регулирует защитные реакции, напрямую взаимодействует с промотором гена GSTF7, что приводит к накоплению ROS.
Важно отметить, что одновременная активация как цитокининовых, так и защитных сигнальных путей приводит к наблюдаемой регенерации тканей, что является новым открытием, поскольку эти механизмы ранее изучались независимо. Для полного выяснения путей, ведущих к активации клеточного цикла и функциональной дифференциации во время регенерации, потребуются дальнейшие исследования.
«Бактериальная целлюлоза запускает уникальную транскрипционную программу, которая отличается от типичной регенерации, вызванной ранением и образованием каллуса», - утверждает Мигель Морено-Рисуэньо, соруководитель исследования и эксперт по регенерации растений в CBGP.
Это исследование имеет важное значение для сельскохозяйственной практики, включая заживление ран для предотвращения инфекций, а также применение при прививке, обрезке и уходе за декоративными растениями, например, в виноградниках, при выращивании роз и так далее.
Эта работа началась несколько лет назад, в 2016 году, с совместных проектов исследовательских групп CRAG и ICMAB-CSIC под руководством Нурии Санчес Колл и Анны Ларомейн соответственно, а также в сотрудничестве с такими компаниями, как AGROMILLORA и Forestal Catalana SA (проекты Plant Healing и Plant Nanohealing), которые провели предварительные полевые испытания.
Однако для подтверждения эффективности BЦ-заплат в прививке все еще необходимы дальнейшие полевые исследования. Для преодоления разрыва между фундаментальными исследованиями и производственным сектором необходимы дополнительные ресурсы для передачи технологий, что будет иметь значительные экономические последствия.
Нурия Санчес Колл, научный сотрудник CSIC в CRAG и один из ведущих авторов, подчеркивает совместный характер этого исследования, говоря: «Эта работа способствовала очень интересному сотрудничеству с другими исследовательскими группами, а также с промышленностью, прокладывая путь для дальнейших исследований механизмов регенерации растений и потенциальных биотехнологических приложений».
Источник и фото: Центр исследований в области сельскохозяйственной геномики (CRAG). На фото вы видите БЦ-наклейку на листе Nicotiana benthamiana. Источник: CRAG.
