Клеточная поляризация, благодаря которой у растительных клеток есть верх и низ, формируется за счёт молекулярных сигналов, передающихся от материнской клетке дочерней.

Все живые организмы чувствуют, где находится верх, а где них – иными словами, все организмы могут ориентироваться в гравитационном поле. Без этого в нашем мире было бы очень трудно жить; к примеру, есть взять растения, то они без способности ориентироваться по силе тяжести просто не понимали бы, что корни должны расти вниз, а цветы появляться на ветвях. Однако до сих пор остаётся не очень понятным, как растения сохраняют в себе эту способность.

Каждая растительная клетка знает, где у неё верх, а где низ. (Фото: Jasper Nance / Flickr.com) 

Дело в том, что у растений различия между верхом и низом обусловлены такими же различиями в каждой клетке организма. То есть растительные клетки поляризованы, у них есть два полюса, верхний и нижний. Поляризация возникает благодаря направленному потоку ростового гормона ауксина. В свою очередь, направленный поток ауксина возникает из-за того, что специальные белки, которые транспортируют молекулы гормона чрез клеточную мембрану, собраны на полюсах.

Но при клеточном делении полярное распределение белков-транспортёров ауксина нарушается, точнее, одна дочерняя клетка сохраняет их там, где нужно, а вот вторая – нет. Исследователи из Австрийского научно-технологического института попытались разгадать, как растительные клетки восстанавливают свою полярность. Для этого белки-переносчики ауксина модифицировали так, чтобы они флуоресцировали, чтобы по светящимся белкам можно было понять, как они распределяются по клетке.

Ожидалось, что новые клетки, оставшиеся без полярности, будут общаться с полярными соседями, чтобы её у себя восстановить, что между ними и соседями будут циркулировать какие-то молекулярные сигналы. Но оказалось, что клетки восстанавливают полярность без помощи соседей, и что всю информацию о том, где должны сидеть белки-переносчики ауксина, дочерняя клетка получает от материнской. При этом пока непонятно, что за молекулярные сигналы переходят от материнской клетки к дочерней.

Удалось только описать роль особых ферментов-киназ, которые навешивают фосфатные группы на белки-переносчики: такая модификация нужна, чтобы белки-переносчики заняли правильное место в мембране. Фосфорилирующие ферменты особенно активно работают в делящихся клетках, и если ферменты отключить, корни перестанут расти в землю, а вместо этого начнут извиваться и закручиваться. Также в статье в Nature Plants описана судьба белков-переносчиков, которые после деления оказываются не на своём месте. Считалось, что клетка их снимает с мембраны и переносит на полюса, однако оказалось, что клетка их просто переваривает, а для полюсов просто синтезирует новые белки.

Все эти процессы, очевидно, подчиняются молекулярным сигналам, полученным от материнской клетки, которые, повторим, ещё предстоит разгадать. Возможно, молекулярные сигналы, благодаря которым растительные клетки восстанавливают полярность, удастся использовать, чтобы управлять ростом разных сельскохозяйственных культур.