Каждое живое существо нуждается в марганце в качестве основного питательного вещества. У растений, например, он играет важную роль в расщеплении воды на кислород и водород во время фотосинтеза. Группа немецких и китайских исследователей впервые показала на модельном виде кресс-салата (Arabidopsis thaliana), как растения ощущают дефицит марганца и какие процессы в растении происходят дальше на молекулярном уровне. Исследователи показали, что группа до сих пор не обнаруженных клеток в подвое растения играет решающую роль. Исследователи надеются, что в будущем результаты их работы позволят найти способы сделать растения более устойчивыми к дефициту марганца — состоянию, которое часто возникает в щелочных и известковых почвах.
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.
«Главный евангелист пива. Первопроходец в области кофе на протяжении всей жизни. Сертифицированный защитник Твиттера. Интернетоголик. Практикующий путешественник».
More Stories
Определение ключевой цели по увеличению продолжительности жизни CAR-T-клеток
Понимание роста растений и болезней человека
Ешьте эти суперпродукты, чтобы укрепить свою печень