Для своего исследования исследователи изучили корни талайского кресс-салата Arabidopsis thaliana. Они культивировали нормальные растения и растения, в которых они искусственно отключили определенные ферменты, влияющие на состав мембран. «Мы хотели выяснить, какие мембранные строительные блоки важны для деления клеток и почему», – объясняет профессор Инго Хейлманн из MLU.
Чтобы растения могли развиваться, их клетки должны делиться. Сначала генетический материал, расположенный в ядре клетки, делится.
Два совершенно новых клеточных ядра формируются из дублированного генетического материала. Другие компоненты клетки, например хлоропласты и митохондрии, распределяются между двумя будущими дочерними клетками. Все это происходит в родительской ячейке.
Только тогда дочерние клетки будут разделены новой клеточной стенкой. Весь процесс можно сравнить со стройкой. Сначала в середине клетки образуется временный каркас из белковых волокон, так называемый фрагмопласт. Подобно железнодорожным путям, эти волокна направляют строительные материалы, необходимые для клеточной стенки.
Маленькие пузырьки постепенно переносят новый материал стенок ячеек по рельсам. Это собирается вместе сложным оборудованием для синтеза, чтобы сформировать более крупную структуру: пластину ячеек. Клеточная пластинка продолжает расти по краям от центра клетки наружу до тех пор, пока диск клеточной стенки полностью не отделяет дочерние клетки друг от друга. «Оборудование для слияния должно правильно координировать белковые волокна, чтобы все функционировало должным образом, иначе грузовые вагоны доставят материал клеточной стенки в неправильное место или в неподходящее время, и образование клеточных пластинок прекратится», – объясняет Хейльманн.
Используя биохимические эксперименты и эксперименты по клеточной биологии, его исследовательская группа смогла показать, что PI4P, строительный блок мембраны, играет две роли во время деления клеток: PI4P не только контролирует активность механизма слияния, он также обеспечивает транспортировку нового материала в клетках. правильное направление.
Впервые исследователи смогли показать, что PI4P помогает обеспечить сборку и разборку белкового каркаса фрагмопласта в нужных местах. У нормальных растений это приводит к образованию обычных клеток, которые идеально сочетаются друг с другом и придают растению необходимую стабильность.
Однако у мутировавших растений ученые наблюдали серьезные дефекты клеточного деления: они обнаружили увеличенные клетки, содержащие несколько клеточных ядер, в результате неудачного разделения дочерних клеток. Некоторые клетки не могли полностью разделиться, клеточная ткань была хаотичной, и наблюдались огромные различия в размерах отдельных клеток. "Это не счастливая ткань.
Это делает все растение более нестабильным, уменьшает его размер и влияет на то, как оно адаптируется к воздействиям окружающей среды », – поясняет Хейльманн.
Результаты исследовательской группы из Галле помогают лучше понять динамику цитоскелета микротрубочек растения.
Цитоскелет не только определяет направление клеточных транспортных процессов во время деления клеток, но и направляет общий рост растений. Следовательно, новые открытия могут иметь далеко идущие последствия, например, для отложения целлюлозы в стенках растительных клеток и, следовательно, для производства биомассы и целлюлозы. Однако сначала необходимо определить, можно ли применить полученные результаты к другим растениям и как можно специфически регулировать активность исследуемых здесь ферментов.
Исследование финансировалось Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, Немецкий исследовательский фонд) и грантом Китайского совета по стипендиям и проводилось в сотрудничестве с Институтом генетики растений и исследований сельскохозяйственных культур им. Лейбница (IPK Gatersleben).