Специфическая группа клеток на кончике корня реагирует на дефицит марганца

Профессор Йорг Кудла из Института биологии растений и биотехнологии Мюнстерского университета (Германия) является одним из ведущих авторов исследования, и, как он говорит, «Есть много исследований, посвященных белкам, участвующим в поглощении и транспорт марганца внутри клетки. Но как регулируется гомеостаз марганца на уровне организма? Совершенно неизвестно». Поскольку кальций участвует во многих других регулирующих процессах в растении, исследователи задались вопросом, играет ли он также роль в регулировании гомеостаза марганца.

Дефицит марганца вызывает колебания передачи сигналов кальция

Команда определила особую группу клеток в корне растения и назвала ее «локусом, чувствительным к марганцу». В отличие от всех других клеток корня, эти клетки проявляют особую реакцию в ответ на дефицит марганца: концентрация внутриклеточного кальция несколько раз подряд повышается и падает, пока сохраняется дефицит. Каждый импульс длится около 30 минут. «Никто никогда не наблюдал таких многоклеточных колебаний концентрации кальция, которые накапливаются в результате скоординированного появления кальциевых сигналов в отдельных клетках растений», — говорит Кудла. Всего несколько сотен клеток создают сигнал вместе. Эпидермальные клетки — клетки наружного корневого слоя — первыми начинают увеличивать концентрацию кальция. Затем клетки внутри постепенно следуют этому примеру, прежде чем весь процесс пойдет вспять.

Обнаружена третья «чувствительная ниша» мотивации

В более ранней работе исследователи под руководством Йорга Кудла уже обнаружили две «чувствительные ниши» в других областях корня — нишу, чувствительную к калию, и нишу, чувствительную к натрию. Здесь радикалы также взаимодействуют, продуцируя многоклеточные кальциевые сигналы в специфических клеточных популяциях в ответ на изменения концентрации ионов в окружающей среде. Однако никаких колебаний исследователи не наблюдали — в отличие от чувствительной ниши для марганца.

В своем текущем исследовании исследователи обнаружили, что колебания кальция, вызванные дефицитом марганца, активируют два особых фермента — так называемые кальций-зависимые протеинкиназы (CPK21 и CPK23) — и что эти ферменты, со своей стороны, катализируют абсорбцию. марганец; «Когда киназа высвобождается из кальция, эти вещества снова становятся неактивными. Наша гипотеза состоит в том, что каждое колебание запускает этот процесс снова и снова — до тех пор, пока растение не достигнет адекватного поглощения марганца», — говорит Кудла. Транспортер марганца NRAMP1, который отвечает за транспортировку марганца в клетки корней, является частью процесса. Протеинкиназы CPK21 и CPK23 взаимодействуют с этим переносчиком и регулируют поглощение марганца путем специфического фосфорилирования аминокислот (Thr498).

Чтобы продемонстрировать появление сигналов кальция, исследователи использовали микроскоп высокого разрешения и впервые сверхчувствительные молекулярные биосенсоры кальция. Биосенсоры, как правило, визуализируют изменения концентрации биологически активных веществ, таких как кальций, в клетках и тканях. Команда объединила эти исследования, которые включали «в естественных условиях Биосенсорная технология» с генетическими, клеточными биологическими и биохимическими подходами для выяснения лежащих в основе молекулярных механизмов. Помимо исследователей Monster, в работе также приняли участие ученые из Колледжа наук о жизни, Северо-Западного университета A&F в Шэньси и Научно-исследовательского института биотехнологии Китайской академии. в области сельскохозяйственных наук в Пекине (Китай), а также в Галле-Виттенбергском университете имени Мартина Лютера (Германия).

Источник истории:

Материалы Представление о Мюнстерский университет. Примечание. Контент может быть изменен в зависимости от стиля и длины.