50-летняя тайна роста растений – разгадана

Слово ауксин происходит от греческого слова «ауксин», что означает «расти». Есть два основных пути, которыми ауксин управляет ростом растений, и один из них теперь описан в новом Природа Статья журнала.

Растительные клетки заключены в оболочку клеточных стенок, первичный слой которых состоит из трех основных компонентов: целлюлозы, гемицеллюлозы и пектина.

«Целлюлоза работает как арматура в высотных зданиях, обеспечивая широкую основу прочности. Он усилен цепями гемицеллюлозы и запечатан пектином », – сказал профессор ботаники UCR и руководитель исследовательской группы Чжэнбяо Ян.

Эти компоненты определяют форму растительных клеток, приводя к иногда неожиданным образованиям, таким как клетки эпидермиса листа в форме кусочка пазла, которые Ян изучал последние два десятилетия. Эти формы помогают плотно склеивать клетки вместе и обеспечивают растениям физическую силу против таких элементов, как ветер. Когда все так плотно закрыто клеточными стенками, как возможно движение и рост?

Одна теория утверждает, что когда растения готовы к росту, ауксин вызывает кислотность их клеток, ослабляя связи между компонентами и позволяя стенкам размягчаться и расширяться. Эта теория была предложена полвека назад, но то, как ауксин активирует закисление, оставалось загадкой до сих пор.

Команда Янга обнаружила, что ауксин создает эту кислотность, вызывая перекачку протонов в стенки клеток, снижая их уровень pH. Более низкий pH активирует белок, экспансин, названный так, потому что он разрушает связи между целлюлозой и гемицеллюлозой, позволяя клеткам расширяться.

Закачка протонов в клеточную стенку также способствует поглощению воды клеткой, создавая внутреннее давление. Если клеточная стенка достаточно рыхлая и внутри клетки имеется достаточное давление, она расширится.

Профессор Калифорнийского университета в Риверсайде и клеточный биолог Чжэнбяо Ян с растениями арабидопсиса, использованными в его исследованиях. Предоставлено: Zhenbiao Yang / UCR.

«Как и в случае с воздушным шаром, расширение зависит от толщины внешней стороны, а не от того, сколько воздуха вы вдуваете», – объяснил Ян. «Понижение pH в клеточной стенке может позволить воде за пределами клетки перемещаться внутрь, подпитывая тургорное давление и расширение».

Есть два известных механизма, с помощью которых ауксин регулирует рост. Один из них – это снижение pH, описанное командой Яна. Другой способ – это способность ауксина включать экспрессию генов в ядре клеток растений, что, в свою очередь, увеличивает количество факторов роста и других факторов, регулирующих рост в клетке.

Последний механизм также снижает pH клетки и способствует росту. Профессор клеточной биологии Калифорнийского университета в Сан-Диего Марк Эстель является ведущим специалистом в этой области. Он открыл и исследует этот другой механизм.

«Доктор. Недавняя работа Янга представляет собой значительный прогресс в нашем понимании того, как ауксин регулирует рост клеток. Было известно, что закисление внеклеточного пространства способствует размножению клеток, но неизвестно, как это происходит », – сказала Эстель. «Приятно видеть, как решается старая проблема».

Было бы преуменьшением сказать, что ауксин просто «способствует» росту растений. Это важно практически для каждого аспекта роста и развития растения, включая аспекты, важные для сельского хозяйства, такие как развитие плодов, семян и корней, ветвление побегов и формирование листьев. Даже правильная реакция растения на силу тяжести и свет зависит от ауксина, который обеспечивает опускание корней вниз, в то время как побеги растут к свету.

Иллюстрация компонентов растительной клетки.

Более глубокое понимание ауксина может не только принести пользу сельскому хозяйству и производству возобновляемой энергии, но и в один прекрасный день может повлиять и на медицину. «Понимание того, как работает основная биология, может в конечном итоге повлиять на здоровье человека», – сказал Ян. «По мере расширения наших знаний мы можем узнать, что процессы у людей аналогичны».