Новое исследование растений показывает, что способность ретиноидов к образованию тканей также отвечает за правильное развитие корней.Если вы когда-либо сажали семена редиса, вы знаете, что первое, что они делают, - это вырастает длинный вертикальный корень. Дайте ему немного больше времени, и он получит более мелкие корни, идущие перпендикулярно стеблю растения. Со временем эти боковые корни будут многократно ветвиться и распространяться, образуя сеть, которая стабилизирует и питает растение.
Эти боковые корни не появляются случайно. Они появляются, а затем разветвляются через равные промежутки времени вдоль главной оси, следуя определенному ритму. Что регулирует и определяет их развитие и ритм, до сих пор не было известно.
В новом исследовании, опубликованном 26 августа в журнале Science , группа исследователей во главе с Александрой Дикинсон, доцентом Калифорнийского университета в Сан-Диего, и Филипом Бенфеем, заслуженным профессором биологии Пола Крамера в Университете Дьюка, идентифицирует соединение. который играет ключевую роль в запуске развития боковых корней растений.
Исследовательская группа обратила внимание на разновидность ретиноида.
У людей, как и у всех позвоночных животных , превращение оплодотворенной яйцеклетки в эмбрион с небольшим бьющимся сердцем требует, чтобы стволовые клетки дифференцировались, специализировались и генерировали определенные ткани, такие как кости, кровеносные сосуды и нервную систему. Этот процесс запускается и регулируется специальным химическим веществом - ретиналом. Однако животные не могут производить свой собственный ретинал, они должны получать его из растений или животных, которые едят растения.
«Мы знаем, что растения обладают способностью вырабатывать это соединение, что оно очень важно для развития животных, поэтому было очень заманчиво проверить его роль в развитии растений», - сказала Дикинсон,. Чтобы растения могли эффективно использовать ретинал, молекулы сетчатки должны сформировать группу меток с белком внутри растительной клетки в процессе, называемом связыванием с белками.
Чтобы проверить, действительно ли ретинал стоит за развитием боковых корней, Дикинсон и ее команда обработали проростки красителем, который светится, когда сетчатка связывается белком внутри клетки. По мере роста саженца возле кончика главного корня появлялись светящиеся точки. Вскоре из этих светящихся пятен вырастет боковой корень.
Процесс повторялся через равные промежутки времени по мере развития проростка, показывая, что росту бокового корня предшествовал пик связывания сетчатки.Чтобы подтвердить свои выводы, команда приложила сетчатку непосредственно к первичному корню растения. У проростков, получивших бустер для сетчатки, появилось больше боковых корней, чем обычно.
Чтобы быть более уверенным, команда применила соединение, которое делает растения неспособными вырабатывать сетчатку, и увидела, что эти саженцы имеют очень мало боковых корней.
Затем они применили ретинал непосредственно к первичному корню этих сеянцев, и, конечно же, боковые корни начали развиваться там, где было применено веществою
«Если у эмбриона человека или животного не хватает ретинала во время своего развития, у него будут дефекты развития», - сказал Бенфей. «Это удивительно аналогично тому, что происходит с растениями и их боковыми корнями».
И на этом сходство не заканчивается: клетки эмбриона животного полагаются на специальные белки, которые захватывают ретинал из окружающей среды. Растения вырабатывают собственные ретиноиды, но им по-прежнему нужны специальные белки, чтобы связывать их и активировать процессы развития.
Исследовательская группа обнаружила, что белок, который растения используют для связывания сетчатки, является двойником белка, обнаруженного в клетках животных. Они разные, но имеют схожую структуру и форму.
«Очень интересно обнаружить как сигнал, запускающий развитие корня, так и белок, который его связывает», - сказал Бенфей.
Растения и позвоночные животные - очень разные организмы, эволюционные пути которых разошлись более 1500 миллионов лет назад. Обнаружение того, что оба используют близкородственные химические соединения для создания новых тканей во время своего развития, является примером того, как природа независимо находит сходные решения схожих проблем у двух очень разных организмов, явление, называемое «конвергентная эволюция».
Ретиноиды имеют множество медицинских применений, от кремов от прыщей до лечения рака. Открытие точных способов, которыми они регулируют развитие тканей корней растений, открывает целый ряд новых возможностей.
«Мы нашли новый путь, который дает клеткам информацию и убеждает их построить новый орган вместо того, чтобы выполнять ту работу, которая им изначально была поручена», - сказал Дикинсон. «Так что, возможно, мы сможем взять что-то из растений и использовать это, чтобы лучше понять, что происходит с людьми».