Оптогенетические сигналы Ca2+ в корнях арабидопсиса подавляют ответ на ауксин и обратимо тормозят рост

Исследователи сообщили в Nature Communications, что управляемые светом сигналы кальция в клетках корня арабидопсиса снижают ответ на внесённый извне ауксин. Авторы экспрессировали XXM2.0, проницаемый для Ca2+ вариант канальородопсина 2, чтобы задавать определённые цитозольные сигнатуры Ca2+ в живых корнях doi.orgNature Communicationsdoi.orgОткрыть источник ↗. По данным авторов, повторяющееся световое воздействие запускало цитозольные сигналы Ca2+, которые подавляли деполяризацию мембраны и всплески Ca2+, вызванные экзогенным ауксином doi.orgNature Communicationsdoi.orgОткрыть источник ↗.

Растениям нужно балансировать рост и его остановку, особенно при стрессе, и сигналинг ауксина служит в этом центральным регуляторным узлом. Механизмы, которые настраивают сигналинг ауксина в реальном времени, были неизвестны. До сих пор сигналы Ca2+ у растений в основном вызывали химическими зондами или изменением состава внеклеточного раствора. Авторы отмечают, что такие подходы часто инвазивны, склонны к побочным эффектам или неизбежно меняют потенциал плазматической мембраны doi.orgNature Communicationsdoi.orgОткрыть источник ↗.

Светоуправляемые каналы в клетках корня

XXM2.0 и светоуправляемый анионный канал GtACR1 экспрессировали под промотором UBQ10. Оба белка были слиты с eYFP по C-концу и сочетались с диоксигеназой, образующей ретиналь. Конфокальная микроскопия показала, что оба канала лоцализуются преимущественно в плазматической мембране клеток корня doi.orgNature Communicationsdoi.orgОткрыть источник ↗.

Мембранный потенциал записывали острыми микроэлектродами в меристематической зоне проростков возрастом 3–5 суток. Синий световой импульс длительностью 1 с (100 µE) электрически возбуждал клетки, экспрессирующие XXM2.0 или GtACR1. Серии из десяти импульсов с интервалом 30 с вызывали повторяющиеся деполяризации, воспроизводимые в одной клетке и между разными проростками doi.orgNature Communicationsdoi.orgОткрыть источник ↗. Сигналы Ca2+ у проростков с XXM2.0 регистрировали сенсором R-GECO1 doi.orgNature Communicationsdoi.orgОткрыть источник ↗.

Ответ на ауксин и рост корня

Длительная оптогенетическая стимуляция Ca2+ влияла на транскрипционное перепрограммирование в ответ на ауксин. Фенотипически авторы наблюдали обратимое торможение роста корня за счёт подавления клеточного деления и растяжения doi.orgNature Communicationsdoi.orgОткрыть источник ↗.

Авторы также выявили кандидатный модуль CaM7–CNGC14, который, вероятно, опосредует Ca2+-зависимое управление чувствительностью к экзогенному ауксину и Ca2+-зависимое торможение роста корня doi.orgNature Communicationsdoi.orgОткрыть источник ↗. Работу они описывают как подход синтетической биологии для разделения перекрёстной регуляции кальция и ауксина в клетках растений. По их выводу, оптогенетически заданные цитозольные сигналы Ca2+ служат динамическими регуляторами восприимчивости корней к ауксину doi.orgNature Communicationsdoi.orgОткрыть источник ↗.