vavilovВавиловский журнал генетики и селекцииVavilov Journal of Genetics and Breeding2500-3259Institute of Cytology and Genetics of Siberian Branch of the RASvavilov-326Research ArticleСтатьиArticlesО РАСПРЕДЕЛЕНИЯХ КОНЦЕНТРАЦИЙ АУКСИНА В КЛЕТКАХ ГОРИЗОНТАЛЬНОГО СЛОЯ КОРНЯAUXIN DISTRIBUTION IN A TRANSVERSE ROOT SECTIONНовоселоваЕ. С.NovoselovaE. S.likho@bionet.nsc.ruМироноваВ. В.MironovaV. V.likho@bionet.nsc.ruХлебодароваТ. М.KhlebodarovaT. M.likho@bionet.nsc.ruЛихошвайВ. А.LikhoshvaiV. A.likho@bionet.nsc.ruФедеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук», Новосибирск, РоссияРоссияInstitute of Cytology and Genetics SB RAS, Novosibirsk, RussiaRussian FederationФедеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирск, Россия Новосибирский национальный исследовательский государственный университет, Новосибирск, РоссияРоссияInstitute of Cytology and Genetics SB RAS, Novosibirsk, Russia Novosibirsk National Research State University, Novosibirsk, RussiaRussian Federation201422012015184/2953962Copyright © Новоселова Е.С., Миронова В.В., Хлебодарова Т.М., Лихошвай В.А., 20152015Новоселова Е.С., Миронова В.В., Хлебодарова Т.М., Лихошвай В.А.Novoselova E.S., Mironova V.V., Khlebodarova T.M., Likhoshvai V.A.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vavilov.elpub.ru/jour/article/view/326

У растений различают ди-, три-, тетра-, пента- или полиархную структуру центрального цилиндра корня. Вид симметрии отражает характерное взаимное расположение пучков сосудистых тканей флоэмы и ксилемы на поперечном срезе корня. Механизмы формирования различных типов симметрий в структуре центрального цилиндра остаются недостаточно исследованными. Предполагается, что процесс дифференцировки запускается и контролируется фитогормоном ауксином, который выступает в роли морфогена (Sachs, 1969). В работе представлена модель, описывающая транспорт ауксина через одноклеточный слой клеток поперечного среза корня. Изучены стационарные распределения концентраций гормона ауксина, которые могут устанавливаться в поперечном слое клеток. Показано, что нелинейные процессы регуляции транспорта ауксина способны обеспечить существование неравномерных распределений его концентраций, несущих целевую морфогенетическую информацию о диархной структуре цилиндра корня. Однако целевые морфогенетические поля всегда сосуществуют с равномерными распределениями, в которых морфогенетическая информация отсутствует. Полученные результаты свидетельствуют в пользу гипотезы о том, что одним из механизмов формирования целевого распределения концентрации ауксина в клетках поперечного слоя корня может быть неравномерный поток ауксина соответствующей конфигурации из побега в корень.

Plants differ in the types of the root central cylinder: diarch, triarch, tetrarch, pentarch, or polyarch. The type of the symmetry is the reflection of the relative positions of xylem and phloem bundles in a cross section of the root. The mechanisms forming different types of symmetries in the central cylinder remain poorly understood. It is assumed that vasculature differentiation is triggered and controlled by plant hormone auxin (Sachs, 1969). We have developed a model that describes auxin flow through a cell layer, imitating a cross section of the vascular cylinder in a root. We have studied the stationary distributions of auxin in the cell layer depending on the model parameters. It is shown that the nonlinear processes of auxin transport regulation are responsible for the formation of asymmetric auxin distributions, which may be interpreted as the positional information for development of the diarch structure of the vascular cylinder. However, these distributions always coexist with uniform stationary distributions, not providing positional information. It is hypothesized that the most likely factor in the formation of the final auxin distribution in a root section is an appropriate geometry of the auxin flow from the shoot to the root.

моделированиеморфогенауксинкореньдифференцировка сосудистых тканей растенийфлоэмаксилемаmathematical modelingmorphogenauxinrootvascular tissue differentiationphloemxylemРФФИ, СО РАН, Фонд "Династия", бюджетный проект VI.61.1.2ReferencesЛихошвай В.А., Омельянчук Н.А., Миронова В.В. и др. Математическая модель распределения ауксина в корне растения // Онтогенез. 2007. Т. 38. С. 446–456.Лихошвай В.А., Омельянчук Н.А., Миронова В.В. и др. Математическая модель распределения ауксина в корне растения // Онтогенез. 2007. Т. 38. С. 446–456.Bauby H., Divol F., Truernit E. et al. Protophloem differentiation in early Arabidopsis thaliana development // Plant Cell Physiol. 2007. V. 48. P. 97–109.Bauby H., Divol F., Truernit E. et al. Protophloem differentiation in early Arabidopsis thaliana development // Plant Cell Physiol. 2007. V. 48. P. 97–109.Bayer E.M., Smith R.S., Mandel T. et al. Integration of transport-based models for phyllotaxis and midvein formation // Genes Dev. 2009. V. 23. P. 373–384.Bayer E.M., Smith R.S., Mandel T. et al. Integration of transport-based models for phyllotaxis and midvein formation // Genes Dev. 2009. V. 23. P. 373–384.Benková E., Ivanchenko M.G., Friml J. et al. A morphogenetic trigger: is there an emerging concept in plant developmental biology? // Trends Plant Sci. 2009. V. 14. P. 189–193.Benková E., Ivanchenko M.G., Friml J. et al. A morphogenetic trigger: is there an emerging concept in plant developmental biology? // Trends Plant Sci. 2009. V. 14. P. 189–193.Benková E., Michniewicz M., Sauer M. et al. Local, effl uxdependent auxin gradients as a common module for plant organ formation // Cell. 2003. V. 115. P. 591–602.Benková E., Michniewicz M., Sauer M. et al. Local, effl uxdependent auxin gradients as a common module for plant organ formation // Cell. 2003. V. 115. P. 591–602.Bishopp A., Lehesranta S., Vatén A. et al. Phloem-transported cytokinin regulates polar auxin transport and maintains vascular pattern in the root meristem // Curr. Biol. 2011a. V. 21. P. 927–932.Bishopp A., Lehesranta S., Vatén A. et al. Phloem-transported cytokinin regulates polar auxin transport and maintains vascular pattern in the root meristem // Curr. Biol. 2011a. V. 21. P. 927–932.Bishopp A., Help H., El-Showk S. et al. A mutually inhibitory interaction between auxin and cytokinin specifi es vascular pattern in roots // Curr. Biol. 2011b. V. 21. P. 917–926.Bishopp A., Help H., El-Showk S. et al. A mutually inhibitory interaction between auxin and cytokinin specifi es vascular pattern in roots // Curr. Biol. 2011b. V. 21. P. 917–926.Capron A., Chatfi eld S., Provart N., Berleth T. Embryogenesis: pattern formation from a single cell // Arabidopsis Book. 2009. V. 7. P. e0126.Capron A., Chatfi eld S., Provart N., Berleth T. Embryogenesis: pattern formation from a single cell // Arabidopsis Book. 2009. V. 7. P. e0126.Help H., Mähönen A.P., Helariutta Y., Bishopp A. Bisymmetry in the embryonic root is dependent on cotyledon number and position // Plant Signal Behav. 2011. V. 6. P. 1837–1840.Help H., Mähönen A.P., Helariutta Y., Bishopp A. Bisymmetry in the embryonic root is dependent on cotyledon number and position // Plant Signal Behav. 2011. V. 6. P. 1837–1840.Ibañes M., Fàbregas N., Chory J., Caño-Delgado A.I. Brassinosteroid signaling and auxin transport are required to establish the periodic pattern of Arabidopsis shoot vascular bundles // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2009. V. 106. P. 13630–13635.Ibañes M., Fàbregas N., Chory J., Caño-Delgado A.I. Brassinosteroid signaling and auxin transport are required to establish the periodic pattern of Arabidopsis shoot vascular bundles // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2009. V. 106. P. 13630–13635.Ljung K., Hull A.K., Celenza J. et al. Sites and regulation of auxin biosynthesis in Arabidopsis roots // Plant Cell. 2005. V. 17. P. 1090–1104.Ljung K., Hull A.K., Celenza J. et al. Sites and regulation of auxin biosynthesis in Arabidopsis roots // Plant Cell. 2005. V. 17. P. 1090–1104.Mironova V.V., Omelyanchuk N.A., Novoselova E.S. et al. Combined in silico/in vivo analysis of mechanisms providing for root apical meristem self-organization and maintenance // Ann. Bot. 2012. V. 110. P. 349–360.Mironova V.V., Omelyanchuk N.A., Novoselova E.S. et al. Combined in silico/in vivo analysis of mechanisms providing for root apical meristem self-organization and maintenance // Ann. Bot. 2012. V. 110. P. 349–360.Mironova V.V., Omelyanchuk N.A., Yosiphon G. et al. A plausible mechanism for auxin patterning along the developing root // BMC Syst Biol. 2010. V. 98. Р. 98.Mironova V.V., Omelyanchuk N.A., Yosiphon G. et al. A plausible mechanism for auxin patterning along the developing root // BMC Syst Biol. 2010. V. 98. Р. 98.Mitchison G.J. A model for vein formation in higher plants // Proc. R. Soc. Lond. B. 1980. V. 207. P. 79–109.Mitchison G.J. A model for vein formation in higher plants // Proc. R. Soc. Lond. B. 1980. V. 207. P. 79–109.Mitchison G.J., Hanke D.E., Sheldrake A.R. The polar transport of auxin and vein patterns in plants // Phil. Trans. R. Soc. Lond. B. 1981. V. 295. P. 461–471.Mitchison G.J., Hanke D.E., Sheldrake A.R. The polar transport of auxin and vein patterns in plants // Phil. Trans. R. Soc. Lond. B. 1981. V. 295. P. 461–471.Muraro D., Wilson M., Bennett M.J. Root development: cytokinin transport matters, too! // Curr. Biol. 2011. V. 21. P. R423–425.Muraro D., Wilson M., Bennett M.J. Root development: cytokinin transport matters, too! // Curr. Biol. 2011. V. 21. P. R423–425.Muraro D., Mellor N., Pound M.P. et al. Integration of hormonal signaling networks and mobile microRNAs is required for vascular patterning in Arabidopsis roots // Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2014. V. 111, P. 857–862.Muraro D., Mellor N., Pound M.P. et al. Integration of hormonal signaling networks and mobile microRNAs is required for vascular patterning in Arabidopsis roots // Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2014. V. 111, P. 857–862.Novoselova E.S., Mironova V.V., Omelyanchuk N.A. et al. Mathematical modeling of auxin transport in protoxylem and protophloem of Arabidopsis thaliana root tips // J. Bioinform. Comput. Biol. 2013. V. 11. 1340010.Novoselova E.S., Mironova V.V., Omelyanchuk N.A. et al. Mathematical modeling of auxin transport in protoxylem and protophloem of Arabidopsis thaliana root tips // J. Bioinform. Comput. Biol. 2013. V. 11. 1340010.Petrášek J., Friml J. Auxin transport routes in plant development // Development. 2009. V. 136. No. 16. P. 2675–2688.Petrášek J., Friml J. Auxin transport routes in plant development // Development. 2009. V. 136. No. 16. P. 2675–2688.Swarup R., Friml J., Marchant A. et al. Localization of the auxin permease AUX1 suggests two functionally distinct hormone transport pathways operate in the Arabidopsis root apex // Genes Dev. 2001. V. 15. P. 2648–2653.Swarup R., Friml J., Marchant A. et al. Localization of the auxin permease AUX1 suggests two functionally distinct hormone transport pathways operate in the Arabidopsis root apex // Genes Dev. 2001. V. 15. P. 2648–2653.Vieten A., Vanneste S., Wisniewska J. et al. Functional redundancy of PIN proteins is accompanied by auxin-dependent cross-regulation of PIN expression // Development. 2005. V. 132. P. 4521–4531.Vieten A., Vanneste S., Wisniewska J. et al. Functional redundancy of PIN proteins is accompanied by auxin-dependent cross-regulation of PIN expression // Development. 2005. V. 132. P. 4521–4531.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.