Недавние исследования раскрыли новый механизм, который позволяет растениям адаптироваться к сложным почвенным условиям. Ученые выяснили, что скручивание корней и других органов растений связано с изменениями в экспрессии генов в эпидермисе, а не с потерей генетических функций, как считалось ранее. Это открытие имеет важные последствия для понимания роста растений и их способности справляться с различными стрессовыми условиями окружающей среды.
Исследования проводились под руководством профессора биологии Вашингтонского университета в Сент-Луисе Рама Диксита. В команде также работали аспирантка Наташа Нолан и инженер-механик Гай Дженин. Работа объединила генетику, клеточную биологию и механическое моделирование, что позволило глубже понять, как именно эпидермис — наружный клеточный слой растения — управляет направлением роста корней.
Скрученный рост является распространённым явлением в растительном мире. Он наблюдается как у вьющихся лиан, так и у корней, которые отклоняются в стороны, чтобы обойти препятствия, такие как камни или другие элементы почвы. Ранее считалось, что это связано с мутациями в микротрубочках клеток, которые могут полностью деактивировать определённые гены, однако новое исследование показало, что такая радикальная потеря функций не требуется для осуществления скручивания.
В ходе экспериментов Нолан внедрила нормальную версию ключевого гена в различные клеточные слои растений с мутацией. Результаты показали, что когда ген экспрессировался во внутренних слоях корня, скрученный рост сохранялся, но как только его активность ограничивалась только эпидермисом, корни росли прямо. Это демонстрирует, что эпидермис может управлять поведением внутренних тканей, что подчеркивает важность внешнего слоя клеток в механическом регулировании роста.
Моделирование показало, что именно внешний слой определяет поведение растительных органов. Структурные расчеты Дженина подтвердили, что в многослойной структуре корня именно эпидермис оказывает значительное влияние на его скручивание, аналогично тому, как стенки полой трубки определяют её устойчивость к скручивающим силам.
Исследование также указывает на то, что изменения в эпидермисе могут координировать рост всего органа, адаптируя его к сложным условиям среды. Это делает эпидермис не просто защитным слоем, а важным регулятором механического развития растений.
Практическое значение этих открытий трудно переоценить, особенно в условиях изменения климата, когда засухи становятся более частыми, и сельское хозяйство сталкивается с необходимостью адаптации к менее плодородным и уплотнённым почвам. Понимание механизмов, которые позволяют корням обойти препятствия, может привести к созданию новых культур, способных расти в условиях, которые ранее считались не подходящими.
Исследования показывают, что скрученный рост также влияет на другие аспекты жизни растений, включая их способность укореняться, противостоять ветру и эффективно использовать ресурсы почвы. Это открытие создает базу для будущих программ селекции и биотехнологических разработок, которые могут значительно повысить продуктивность сельского хозяйства и устойчивость культур к климатическим изменениям.
Фото - cdn.fertilizerdaily.ru
