Кладовая молодого растения делает больше, чем просто его кормит


Эндосперм, ткань, окружающая зародыш растения в семени, долгое время воспринималась как питательная ткань, от которой отказываются после завершения перехода к проростку. Швейцарская группа ученых под руководством ученых из Женевского университета (UNIGE) показала, что эндосперм также играет ключевую роль в правильном развитии сеянца после прорастания. Он особенно влияет на формирование кутикулы, защитного слоя, необходимого для выживания растений. Биологи обнаружили, что эти новые функции, приписываемые эндосперму, не зависят от его способности обеспечивать питательные вещества и опосредуются производством определенных молекул. Эту работу можно прочитать в журнале Клетка развития.

Семена состоят из трех частей: зародыша, который разовьется в рассаду, эндосперма и семенной оболочки, которая является внешней защитной оболочкой. Эндосперм, содержащий питательные вещества, который часто сравнивают с плацентой млекопитающих, может занимать самый большой объем семени. Это касается пшеницы, риса, кукурузы и других семян, эндосперм которых является неотъемлемой частью рациона человека. Тем не менее, у некоторых цветковых растений запасы питательных веществ в основном находятся в зародыше, в то время как эндосперм является второстепенным компонентом семян. Это поднимает вопрос о биологической роли этой ткани у этих видов и, в частности, у семян Arabidopsis thaliana, модельный для исследования растений. Группа Луиса Лопес-Молина, профессора кафедры ботаники и биологии растений факультета естественных наук UNIGE, заинтересована в контроле прорастания. Его лаборатория показала, что эндосперм играет роль в развитии, а не в питании растения, контролируя прорастание. Действительно, до тех пор, пока условия не благоприятны для проростков, прорастание блокируется, и семена остаются бездействующими под действием гормона растения, продуцируемого эндоспермом.

Без эндосперма саженец погибает

Биологи дополнительно исследовали биологическую функцию эндосперма, выясняя, может ли он контролировать дополнительные процессы развития во время перехода семя / проросток. Они рассекли Арабидопсис семена на разных стадиях прорастания, чтобы изолировать зародыши. Команда обнаружила, что в отсутствие ткани эндосперма зародыши дают аномальные проростки, которые очень рано перестают расти, будучи не в состоянии развить ни функциональный фотосинтетический аппарат, ни корень, даже если в питательную среду были добавлены питательные вещества. Напротив, зародыши, извлеченные из семян на той же стадии, но отложенные на ложе из эндосперма, модифицированного так, чтобы не продуцировать питательные вещества, развиваются нормально. «Эти наблюдения показывают, что эндосперм влияет на проростка, независимо от питательной роли, которую ему обычно приписывают», – комментирует Жюльен Де Джорджи, исследователь из отдела ботаники и биологии растений и первый автор исследования.


Эндосперм, необходимый и достаточный для образования кутикулы

проростков включает в себя множество процессов, и ученые сосредоточили внимание на одном из них: развитии кутикулы проростка. Этот водостойкий восковой слой на стебле и листьях защищает растение от стрессов, таких как обезвоживание, предотвращая испарение воды или нападение патогенов. Авторы исследования показали, что кутикула быстро формируется во время перехода семя / проросток, но только при наличии эндосперма. С помощью биохимического, микроскопического и генетического анализов команда биологов определила две молекулы, производимые эндоспермом, участвующим в этом процессе.

«Помимо своей активной роли в формировании кутикулы, наши наблюдения показывают, что эндосперм высвобождает другие молекулы, которые управляют различными аспектами развития проростков. Открытие этой новой роли эндосперма поднимает вопросы о его функции, помимо питания, во время эволюции цветковых растений. Идентификация молекул, высвобождаемых эндоспермом, обеспечивающих правильное проростков, также представляет потенциальный интерес для агрономии », – заключает Луис Лопес-Молина.