Растительные клетки держат насос для хлорид-ионов наготове, чтобы быстро включить его, когда соли вокруг станет многовато.

Для любой живой клетки лишняя соль вредна: ионы солей влияют на работу белков, на биохимические реакции, на электрохимические свойства клеточных мембран, и т. д. Если в окружающей среде солей слишком много, клетка теряет воду, которая устремляется из неё наружу вследствие  градиента концентраций, если, наоборот, внутриклеточная среда более солёная, то клетка рискует переполниться водой, которая поступает в неё извне, и попросту лопнуть. Иными словами, каждый живой организм должен уметь следить за балансом солей в собственных клетках. Для растений эта задача, пожалуй, важнее, чем для кого-либо ещё: будучи неподвижными, они не могут сменить место обитания, если почва вокруг них стала слишком засолена.

(Фото: 김경복 / Pixabay.com) 

Ионы солей попадают в клетку в компании с другими веществами, и самое очевидное решение здесь – это обзавестись ионными насосами, или ионными каналами, которые выкачивали бы наружу избыток соли. Такими насосами работают специализированные мембранные белки, которых есть множество разновидностей. Их много потому, что разные солевые ионы отличаются друг от друга по некоторым свойствам, поэтому белкам-насосам приходится специализироваться на том или ином ионе или группе ионов, на том или ином методе ионного обмена. В случае с растениями довольно хорошо изучены насосы, имеющие дело с положительно заряженными ионами – катионами. А вот о способах, которыми растительная клетка избавляется от отрицательных ионов – анионов – известно меньше. То есть если взять обычную поваренную соль, то про путешествия иона натрия через мембрану растительной клетки мы знаем намного больше, чем про путешествия хлорид-иона.

В последнее время стало появляться много исследований, посвящённых так называемым хлоридным каналам растений (CLC). Их молекулярная структура известна; также известно, что их аналоги есть буквально во всех царствах живой природы. В то же время, несмотря на то, что их называют хлоридными каналами, многие из них хлорид-ионами вовсе не занимаются, проводя через мембраны какие-то другие соединения. Сотрудники Национального университета Сингапура изучали один из таких белков под названием AtCLCf. Он действительно работает как хлоридный насос, и, что интересно, растения его держат в готовом виде в аппарате Гольджи. Так называют систему внутриклеточных мембран, в которых хранятся разные вещества, в том числе и белки, предназначенные для внутриклеточного или внеклеточного транспорта.

 При нормальной солёности AtCLCf, полностью готовый к работе, сидит в мембранах аппарата Гольджи. Когда солёность повышается, клетка переводит AtCLCf из аппарата Гольджи к наружной мембране, где тот начинает выкачивать наружу хлорид-ионы, обменивая их на протоны. В статье в Nature Communications описываются перемещения хлоридного насоса, которые он проделывает с помощью другого, вспомогательного белка. Хотя белки CLC известны уже какое-то время, и конкретно про AtCLCf тоже знали заранее, всё же весь механизм оказался для исследователей новым, поэтому можно говорить, что они открыли новый солевой насос.

Эксперименты ставили с обычным модельным объектом резуховидкой Таля, или арабидопсисом. Если работе AtCLCf ничто не мешало, арабидопсис легко переносил повышение солёности в почве. Если же AtCLCf не давали встроиться во внешнюю мембрану, растения становились особенно чувствительны к лишней почвенной соли. Наконец, если арабидопсис снабжали дополнительной копией гена, который кодирует AtCLCf, растения становились более солеустойчивыми, чем обычно. Поскольку растения вообще легко переносят генетические модификации, можно попытаться встроить лишние копии гена AtCLCf в сельскохозяйственные культуры, чтобы они не так остро реагировали на почвы повышенной солёности.

Как можно понять, и хлоридный насос AtCLCf, и разные другие насосы работают в корнях. Но растения не всегда пытаются справиться с лишней солью прямо в корнях. Несколько лет назад мы писали, что у киноа соль идёт от корней до листьев, где есть специальные соленакапливающие клетки, причём в этих клетках соль хранится в особых пузырьках вакуолях, в которых она не может навредить самой клетке и её соседям. А в прошлом году мы рассказывали про тамариск безлистный, который научился извлекать из лишней соли пользу – с её помощью он собирает влагу из воздуха.