Публикации сотрудников БИН РАН в журналах «Journal of Experimental Botany» и «Frontiers in Plant Science» о структуре и функциях плазмодесм

Коллектив лаборатории молекулярной и экологической физиологии опубликовал две работы, посвященные структуре, функциям и регуляции плазмодесм в листьях растений.

11 мая 2021 года в журнале «Journal of Experimental Botany» вышла экспериментальная статья «Regulation of plasmodesmata in Arabidopsis leaves: ATP, NADPH and chlorophyll b levels matter». В работе также принимали участие сотрудник лаборатории анатомии и морфологии Александра Иванова и сотрудник Нижегородского государственного университета Владимир Сухов.

Dmitrieva V.A., Domashkina V.V., Ivanova A.N., Sukhov V.S., Tyutereva E.V., Voitsekhovskaja O.V. Regulation of plasmodesmata in Arabidopsis leaves: ATP, NADPH and chlorophyll b levels matter. Journal of Experimental Botany, 2021. 72(15): 5534 –5552.

В листьях растений продукты фотосинтеза, образовавшиеся в клетках мезофилла, переносятся к окончаниям мелких жилок листа - месту загрузки фотоассимилятов во флоэму – по плазмодесмам. В статье исследовали, каким образом транспорт по плазмодесмам может регулироваться сигналами, поступающими от фотосинтезирующих хлоропластов. Исследования проводили на растениях Arabidopsis thaliana: мутантах, лишенных хлорофилла b, и трансгенных линиях – сверхнакопителях хлорофилла b, а также мутантах с измененным балансом восстановленных и окисленных тиоредоксинов. В работе применялся комплекс цитологических, биохимических и физиологических методик. Для оценки межклеточного переноса флуоресцентных меток по плазмодесмам впервые применили трехмерную реконструкцию с помощью CLSM.

Показано, что степень восстановленности системы тиоредоксинов, как и вид активных форм кислорода, образующихся в хлоропластах на свету, не влияли на пропускную способность плазмодесм. Однако, пропускная способность плазмодесм коррелировала с уровнем АТФ и НАДФН: при повышении уровней АТФ и НАДФН плазмодесмы закрывались. Поскольку увеличение содержания АТФ и НАДФН может происходить в клетках мезофилла при нарушении работы цикла Кальвина, то обнаруженный механизм регуляции плазмодесм, вероятно, предотвращает необратимое истощение интермедиатов цикла Кальвина, которое могло бы происходить, если бы отток фотоассимилятов по плазмодесмам продолжался в этих условиях.

29 июля 2021 года в журнале «Frontiers in Plant Science» вышла экспериментальная статья «Leaf Epidermis: The Ambiguous Symplastic Domain». Исследования выполнены в сотрудничестве нескольких научных групп: БИН РАН, Университета Гёттингена (Германия) и Университета Бангора (Уэльс, Великобритания). Со стороны БИН РАН кроме сотрудников лаборатории молекулярной и экологической физиологии участвовали коллеги из лаборатории клеточных и молекулярных механизмов морфогенеза (Кирилл Демченко) и лаборатории анатомии и морфологии (Александра Иванова).

Voitsekhovskaja O.V., Melnikova A.N., Demchenko K.N., Ivanova A.N., Dmitrieva V.A., Maksimova A.I., Lohaus G., Tomos A.D., Tyutereva E.V., Koroleva O.A. Leaf Epidermis: The Ambiguous Symplastic Domain. Front. Plant Sci. 2021. 12: 695415.

Способность образовывать вторичные (пост-цитокинетические) плазмодесмы – важное эволюционное приобретение, которое позволяет растениями формировать в пределах тела растения симпластические домены. Тем не менее, остается неясным, как регулируется образование вторичных плазмодесм. Возможно ли, что формирование вторичных плазмодесм у «симпластных» растений в принципе повышено?

Сравнивали распределение плазмодесм между клетками листьев и в апикальной меристеме побега растений с симпластной (Alonsoa meridionalis, Asarina barclaiana) и с апопластной загрузкой флоэмы (Solanum tuberosum, Hordeum vulgare). Использовали иммуномечение специфичных для плазмодесм белков, трансмиссионную электронную микроскопию, а также одновременное сочетание этих двух методик по оригинальному протоколу, разработанному А.Н. Ивановой. Измерения содержания сахаров в индивидуальных клетках мезофилла и эпидермиса (single-cell sampling) проводились, чтобы выявить корреляции между наличием вторичных плазмодесм между эпидермисом и мезофиллом и симпластным транспортом сахаров.

Оказалось, что распределение плазмодесм в апикальной меристеме побега и в листовой пластинке было одинаковым у всех изученных видов, за исключением плазмодесм в проводящем пучке, а также плазмодесм между клетками эпидермиса и между эпидермисом и мезофиллом: у «апопластных» растений наблюдались единичные плазмодесмы, тогда как у «симпластных» растений количество плазмодесм между этим клетками было таким же, как между другими клеточными слоями листовой пластинки. У «симпластных», но не «апопластных», растений клетки эпидермиса листа накапливали сахара. Таким образом, эпидермис и мезофилл у Alonsoa meridionalis и Asarina barclaiana формируют единый симпластический домен.