Четыре фактора транскрипции регулируют образование суберина в корнях растений

Растения могут адаптироваться к изменениям окружающей среды, например, засухе или наводнению, регулируя проницаемость корня и контролируя транспорт воды и питательных веществ. Происходит это за счет образования или разрушения гидрофобного биополимера суберина. Суберин откладывается вокруг клеток эндодермы корня и препятствует свободной диффузии растворов. Механизмы пространственно-временной регуляции образования суберина до сих пор были неясны.

Группа ученых из Швейцарии и Великобритании изучила эти механизмы на модельном растении Arabidopsis thaliana. Распределение суберина в корнях регистрировали микроскопическими методами.

На первом этапе ученые подтвердили литературные данные о том, что образование суберина индуцируется абсцизовой кислотой (растительный гормон, далее ABA) и компонентом сигнального пути SGN3/CIFs. При этом ABA и SGN3/CIFs действовали независимо друг от друга. Затем с помощью профилирования транскриптома корней ученые определили факторы транскрипции MYB, которые запускаются в ответ на ABA и SGN3/CIFs. Наиболее выраженной была индукция MYB41. Авторы предположили, что именно этот фактор транскрипции первым отвечает на стимулы и регулирует суберинизацию эндодермы корней, и подтвердили это предположение в последующих экспериментах.

Однако при выключении MYB41 с помощью CRISPR и обработке мутантных растений ABA и SGN3/CIFs суберинизация корней происходила по дикому типу. Оказалось, что потеря MYB41 компенсируется другими факторами транскрипции: MYB53, MYB92 и MYB93. Таким образом, центральную роль в регуляции биосинтеза суберина в ответ на два молекулярных сигнала играют четыре фактора транскрипции.

Выключение всех четырех факторов одновременно привело к значительному снижению образования суберина. В корнях модифицированных таким образом растений нарушался баланс ионов и питательных веществ. В частности, они накапливали больше натрия и были более проницаемыми для токсинов по сравнению с растениями дикого типа.

Авторы считают, что полученные результаты дают в руки ученым ценный генетический инструмент для более детального изучения роли суберина корней в поддержании баланса питательных веществ и устойчивости растений к солевому стрессу, засухе или наводнению. Кроме того, суберин и факторы его регуляции в перспективе можно будет использовать в сельском хозяйстве для селекции растений.