Первое исследование является результатом исследований, проведенных командой биолога Аны Кано Дельгадо, исследователя CSIC в Центре исследований в области сельскохозяйственной геномики (CRAG), и физика Марты Ибанес из отдела физики конденсированных сред и Института сложных систем. Университета Барселоны (UBICS).
Второе исследование было проведено той же командой в CRAG.Как клетки узнают, когда прекратить рост?Корень растения Arabidopsis thaliana, использованный в этих исследованиях, представляет собой довольно простой орган, в котором разделены клетки с разными функциями.
Таким образом, стволовые клетки находятся на верхушке, окруженные дочерними клетками, которые делятся на ткани корня. Дочерние клетки увеличиваются в длину и отличаются от других тем, что приобретают типичные функции, позволяющие корню переносить воду и питательные вещества. Чтобы корень мог расти и адаптироваться к новой изменяющейся среде, это деление, удлинение и дифференциация клеток должны быть идеально скоординированы.
Команды Ибанеса и Кано Дельгадо использовали три гипотезы, чтобы объяснить, как клетки знают, когда прекратить рост: прошел определенный период времени с момента их разделения, они определяют положение своего корня или клетки могут определять их размер. Чтобы выяснить, какая из этих гипотез верна, исследователь Ирина Павелеску, первый автор исследования, создала три аналитические и вычислительные модели роста корней. Эти модели были протестированы с реальными измерениями длины клеток в корнях Arabidopsis, проведенными с помощью конфокальной микроскопии в CRAG. «Главный вывод исследования заключается в том, что клетки корня знают, что достигли нужного размера, а затем перестают расти и прекращают дифференцировку. Следовательно, они перестают расти из-за своего размера», — говорит Марта Ибейнс (UB, UBICS).
Благодаря созданным математическим моделям исследователи также смогли объяснить влияние стероидных гормонов растений — брассиностероидов — на рост корней. В этом случае они измерили клетки растений арабидопсиса, которые из-за отсутствия рецептора стероидных гормонов имеют крошечный корень и стебель. Исследование доказало, что корни росли, когда с помощью методов молекулярной биологии с разрешением клеток рецептор брассиностероидов был восстановлен только в клетках, которые делятся, что указывает на то, что действие гормона остается в клетке во время ее фазы роста.Растительные стероиды необходимы для регенерации клеток
Одновременно исследовательская группа CRAG во главе с Аной Кано Дельгадо обнаружила более подробную информацию о росте корня и его способности к восстановлению поврежденных клеток, которые были опубликованы в Journal of Cell Science. В частности, в опубликованном исследовании говорится, что, когда стволовые клетки корня умирают из-за геномного стресса, сигнал стероидных гормонов посылается в стволовые клетки-резервуары, чтобы они делились и заменяли поврежденные. Таким образом поддерживается рост корней и жизнь растения.«Растительные стероиды, в отличие от большинства растительных гормонов, не переносятся на большие расстояния.
Однако наше исследование доказывает, что существует транспортировка этих гормонов на короткие расстояния, и это важно для клеточной коммуникации во время обновления клеток», — говорит Фидель Лозано. Елена, докторант CRAG и первый автор исследования. «Эта более сложная система передачи сигналов между группами клеток делает растения более устойчивыми», — добавляет Айноа Планас Риверола, также первый автор и аспирант в группе.
«Если мы сможем модулировать эти процессы в корне, мы сможем сделать корни более прочными и надежными, а значит, более устойчивыми к проблемам изменения климата», — говорит Ана Кано Дельгадо. Нельзя забывать, что засуха сейчас является самой серьезной проблемой в сельском хозяйстве. В Испании несколько лет было меньше дождей, чем обычно, и, согласно недавнему отчету Union de Pequenos Agricultores y Ganaderos (союз мелких фермеров и владельцев ранчо, UPA), в 2017 году засуха вызвала убытки на сумму более 3600 миллионов евро. в сельскохозяйственном секторе Испании, в основном из-за большой потери урожайности сельскохозяйственных культур.
Такая ситуация наблюдается на всех континентах, что ставит под угрозу способность прокормить растущее население. «Следовательно, необходимо получить урожай, который при меньшем количестве воды может производить безопасные и качественные продукты питания в достаточных количествах», — заключает Кано Дельгадо.