Одна из этих стратегий — способность растений продолжать выращивать новые, разнообразные органы, включая корни, ветви и цветы, на протяжении всей своей жизни. Но, конечно, цветы не развиваются где-нибудь на растении; они растут только из определенных клеток, которые должны получить определенный сигнал, чтобы начать процесс. Хотя исследователи знали, что формирование цветков регулируется активностью гормона ауксина, они не понимали, как именно он сигнализирует растению о формировании цветков.Теперь исследователи из Пенсильванского университета заполнили пробелы и определили опосредованный гормонами «переключатель хроматина», который заставляет растение формировать цветы.
В отсутствие ауксина гены, которые инициируют формирование цветков, спрятаны в запутанном хроматине, плотно упакованном пучке ДНК. Но в присутствии гормона белки задействуются, чтобы распутать хроматин и сделать гены, ответственные за формирование цветков, более доступными.Полученные данные могут быть полезны в усилиях по стратегическому стимулированию формирования цветков как средства повышения урожайности сельскохозяйственных культур. И вклад исследования в понимание основных механизмов регуляции хроматина, которые могут быть одинаковыми для разных видов и даже царств живых существ, может иметь последствия для многих биологических процессов, включая здоровье человека.
«Этот единственный гормон ауксин очень известен, потому что он играет множество ролей в развитии зародыша, корней и цветов, в формировании жилок, в росте — он выполняет все эти функции», — сказала Дорис Вагнер, старший автор работы и профессор. биологии в Школе искусств Пенна Наук. «Всегда возникает вопрос: как один гормон может делать все эти разные вещи? Теперь мы видим, что, помогая раскрыть хроматин, он может позволить множеству других белков войти и инициировать эти разные пути. разнообразные процессы уже не так сложно объяснить ».
Вагнер сотрудничал с Миин-Фэн Ву из Пенна, Нобутоши Ямагути, Цзюнь Сяо и Йи Санг, а также с Бастиааном Баргманном и Марком Эстель из Калифорнийского университета в Сан-Диего.Их исследование опубликовано в журнале eLife.В работе, опубликованной в 2013 году, Вагнер и его коллеги начали собирать вместе, как ауксин регулирует формирование цветков.
Они уже знали, что ауксин активирует фактор транскрипции MONPTEROS, и продолжили идентифицировать прямые мишени этого фактора, которые включали три гена, участвующих в развитии цветков.Но исследователи полагали, что этот процесс не был таким простым, потому что эти гены были плотно упакованы в хроматине, что могло бы предотвратить их активацию.
Команда пришла к выводу, что должен быть еще один фактор, делающий эти гены доступными для транскрипции.«Поэтому мы специально искали белки, которые необходимы для создания цветов, а также регуляторы хроматина, которые могли бы преодолеть эту репрессивную среду», — сказал Вагнер.
Выполняя эксперименты на арабидопсисе, исследователи показали, что растения с двойными мутациями в белках SWI / SNF, BRM и SYD, которые являются известными ремоделирами хроматина, не могут инициировать образование цветков. Поскольку они не могут создавать цветы, эти растения имели заостренную форму, похожую на булавку.
Команда также показала, что BRM и SYD, которые являются частью комплекса ремоделирования хроматина, связаны с теми же участками, что и MONOPTEROS, в регуляторных областях различных генов, необходимых для развития цветка.
Они также продемонстрировали, что MONOPTEROS физически взаимодействует с BRM и SYD, вероятно, рекрутируя их в нужный сайт в хроматине.Оказавшись в нужном месте, команда показала, что BRM и SYD в присутствии ауксина изменяют форму хроматина таким образом, что гены образования цветков становятся более доступными для транскрипции и экспрессии.
Затем группа Вагнера искусственно направила BRM и SYD в правильные места в геноме растительных клеток. Эти клетки показали повышенную экспрессию генов формирования цветков, так же как и клетки, подвергшиеся воздействию ауксина.Когда они повторили этот эксперимент на мутантном растении, которое обычно не может образовывать цветы, они смогли уговорить его развить цветы, почти идентичные нормальному растению.
«Мы были очень удивлены, увидев такое резкое возвращение цветов», — сказал Вагнер. «И хотя мы не изучали полностью другие аспекты, похоже, что этот комплекс ремоделирования хроматина может также спасать образование листьев и, возможно, некоторые другие процессы развития растений, регулируемые ауксином».Полученные данные предполагают, что этим процессом можно стратегически управлять, чтобы уложить больше цветов на одно растение, что потенциально повысит урожайность в сельском хозяйстве.
Есть признаки того, что ауксиновый путь и эти белки SWI / SNF присутствуют даже в древних растениях, поэтому процесс рекрутирования ремоделеров хроматина может быть универсальным для растений.Ауксин не вырабатывается в организме человека, но, как отметила Вагнер, ремоделиры хроматина, изученные ее командой, являются и известны как супрессоры опухолей — белки, которые при мутации могут позволить опухолям бесконтрольно расти.
Таким образом, можно было бы разработать гормональный переключатель, используя ауксин, чтобы регулировать их.