Dezvăluirea limbajului celular secret al plantelor
Dincolo de apă și lumină, creșterea unei plante depinde de o conversație celulară complexă, care permite arborilor, ierburilor și culturilor agricole să supraviețuiască pe uscat de aproape jumătate de miliard de ani. Keiko Torii, cercetătoare la Institutul Medical Howard Hughes și la Universitatea din Texas din Austin, studiază de trei decenii aceste transmisii celulare, identificând mecanismele moleculare care stau la baza comunicării dintre celule și care permit plantelor să se adapteze la schimbările din mediu.
Cercetările sale au dezvăluit că receptorul ERECTA, descoperit de Torii la începutul carierei sale, traversează membrana celulară a plantei și primește semnale de la celulele vecine. Aceste semnale reglează creșterea și dezvoltarea plantei, inclusiv modul în care se formează stomatele — porii de pe suprafața frunzelor prin care se schimbă gaze și vapori de apă. ERECTA poate ajusta numărul de stomate în funcție de informațiile primite despre dezvoltarea plantei sau despre condițiile de mediu.
Când receptorul ERECTA devine activ, declanșează o cascadă de semnalizare în interiorul celulei care activează sau dezactivează gene, inclusiv regulatorii principali ai diferențierii stomatelor, cu nume precum SCREAM, SPEECHLESS și MUTE, identificați tot de echipa lui Torii.
Recent, echipa a examinat proteinele care interacționează cu receptorul și se află în apropierea acestuia în momentul activării. Cercetătorii au identificat proteine care transportă ERECTA către veziculele interne ale celulei și, în final, către vacuole — compartimente de stocare care degradează receptorul. Potrivit lui Torii, acest întreg proces trebuie să funcționeze pentru ca semnalizarea să fie corectă; dacă fluxul este întrerupt, plantele nu pot organiza modelele corespunzătoare ale stomatelor.
Echipa studiază și interacțiunea dintre semnalele de dezvoltare și cele imunitare ale plantelor. Receptorii imunitari detectează agenții patogeni și declanșează un răspuns care închide stomatele, pe care bacteriile le folosesc pentru a invadează planta. Deși acești receptori și ERECTA arată aproape identic și declanșează căi similare, funcțiile lor diferă. În anumite condiții, calea de răspuns imunitar poate prelua controlul asupra celei de dezvoltare, reducând numărul de stomate atunci când patogenii încearcă să pătrundă.
Torii și echipa sa au descoperit recent condițiile în care cascada de semnalizare imunitară poate suprascrie calea de dezvoltare și poate regla formarea stomatelor. Folosind o substanță chimică nouă, identificată împreună cu colaboratori, echipa a perturbat calea din aval și a identificat mecanismul comun ambelor semnale. Rezultatele laboratorului sugerează că patogenii pot crește numărul de puncte de intrare, favorizând infecția, iar planta ripostează direcționând semnalizarea imunitară către calea ERECTA pentru a reduce numărul de stomate. Echipa caută acum să înțeleagă exact cum distinge planta cele două tipuri de semnale.
Deși Torii lucrează cu Arabidopsis, o plantă model folosită frecvent de biologi, stomatele au evoluat o singură dată la plantele terestre, astfel că genele, regulatorii și căile identificate de echipa sa sunt importante pentru toate speciile, inclusiv pentru culturile agricole care asigură hrana globală. Echipa examinează și modul în care plantele care trăiesc sub apă și nu au nevoie de stomate dezactivează genele necesare dezvoltării acestora.
Înțelegerea modului în care aceste căi au evoluat și a modului în care factori precum căldura, seceta, infecțiile cu patogeni și condițiile climatice viitoare le afectează ar putea ajuta cercetătorii să dezvolte plante capabile să reziste la condiții în schimbare, cum ar fi culturi care folosesc mai puțină apă fără a compromite producția.
Torii spune că este gratificant să vadă impactul mai larg al muncii sale, mult dincolo de ceea ce își putea imagina când a început cercetarea asupra Arabidopsis acum 30 de ani.
„Regulatorii-cheie și căile pe care le-am identificat par a fi extrem de importanți pentru toate plantele terestre și este interesant să vedem cum plantele terestre au evoluat această cale și cum o utilizează”, afirmă Torii.
