Корни растений могут делать многое: они растут в длину, чтобы добраться до воды, они могут изгибаться, чтобы огибать камни, и они образуют тонкие корневые волоски, позволяющие им поглощать больше питательных веществ из почвы. Группа исследователей во главе с учеными Мюнхенского технического университета (TUM) выявила важный регулятор этого процесса.
Если лесной пожар уничтожает более крупные растения, семена так называемых последователей огня видят свой шанс: у них есть рецепторный белок, который может «учуять» определенные молекулы, образующиеся в дыме сгоревшего растительного материала, так называемые каррикины. Рецепторный белок KAI2 запускает сигнальный каскад, заставляющий семена прорастать.
Группа исследователей во главе с Кэролайн Гутьяр, профессором генетики растений Школы наук о жизни TUM Weihenstephan, обнаружила, что он также играет важную роль в регулировании роста корней.
Корневые волоски увеличивают площадь поверхности корня
Чтобы получить большую площадь поверхности, через которую могут поглощаться вода и питательные вещества, корни растений отращивают тонкие корневые волоски. Хосе Антонио Вильясия-Агилар, аспирант в команде Кэролайн Гутьяр, сделал открытие, что KAI2 необходим как для роста корневых волосков, так и для роста корней вниз.
«Вполне вероятно, что это относится не только к кресс-салату (Arabidopsis), который можно найти почти повсюду в мире и который используется нами в качестве образцового растения, - говорит Кэролайн Гутьяр, - но, возможно, также для многих других растений, например зерновых культур."
Молекулы дыма вызывают рост корневых волосков
Чтобы проверить свою гипотезу, группа исследователей подвергла молодые растения арабидопсиса воздействию молекул каррикина, присутствующих в дыме. Это действительно значительно увеличило рост корневых волосков.
«Наши результаты также интересны в свете эволюции», - говорит Кэролайн Гутьяр. «Вполне вероятно, что KAI2 изначально отвечал за контроль определенных процессов развития у всех растений, таких как, например, развитие корневых волосков и подобных структур, в ответ на пока неизвестный растительный гормон. В ходе эволюции семян, активируемых огнем, KAI2, по-видимому, развил дополнительную функцию обнаружения дыма."
Использование в селекции растений
Выводы не только способствуют более глубокому пониманию того, как работают растения, но также могут быть важны для будущего устойчивого сельского хозяйства.
«Благодаря этому новому и лучшему пониманию того, какие молекулярные механизмы играют роль в развитии корней и корневых волосков, мы можем выращивать растения, которые лучше поглощают питательные вещества и воду из почвы», - говорит Кэролайн Гутьяр..«Это может, например, помочь сельскохозяйственным культурам противостоять более длительным периодам засухи, которые могут случаться чаще в будущем».