Свет является не только источником энергии, но и важным сигналом, который регулирует многие зависящие от света ростовые процессы в растении, чтобы наилучшим образом адаптировать его к окружающей среде. Сначала свет воспринимается фоторецепторами побега растения. Физиологические процессы в растении опосредуются световыми сигнальными молекулами. Уже более трех десятилетий ученые размышляют, способны ли корни также воспринимать свет. Однако эта гипотеза никогда не могла быть доказана, пока это новое исследование не было опубликовано. «Физики из Кореи и биологи из Йены объединили и объединили знания из обеих дисциплин, чтобы выяснить, могут ли сосудистые пучки растений действовать как световые оптические волокна и передавать свет от побега к корням», - Санг-Гью Ким, один из первые авторы исследования и соинициаторы проекта, описывает успешное сотрудничество.
Предыдущие исследования показали, что особый фоторецептор в растениях, который улавливает свет с длиной волны красного/дальнего красного цвета, неожиданно также выражен в корнях. Однако оставалось неясным, как активировался этот корневой фоторецептор. В рамках междисциплинарных усилий молекулярные биологи и физики-оптики разработали высокочувствительный оптический детектор, а также предложили сравнить растения со «слепыми» и «зрячими» корнями. Они использовали растения кресс-салата Arabidopsis thaliana, модельного организма в исследованиях растений, которые были генетически модифицированы таким образом, что фоторецептор отключался только в их корнях, но не в побегах. Следовательно, у этих растений были «слепые» корни. Ученые выращивали эти модифицированные растения вместе с контрольными; их корни были в темной почве, а их побеги выставлены на свет, как и в природе. Система оптических детекторов использовалась для измерения света, прошедшего от стебля к корням.«При таком подходе мы могли четко и однозначно показать, что свет передается в корни через сосудистые пучки. Даже если интенсивность проходящего света была низкой, ее было достаточно, чтобы активировать фоторецепторы, запустить передачу световых сигналов ниже по течению и повлиять на рост. в контрольных установках», - объясняет Чунг-Мо Пак, руководитель проекта в Сеульском национальном университете.
"Эти результаты имеют решающее значение для дальнейших исследовательских проектов. Наша работа доказывает, что корни способны воспринимать свет, даже если они обычно находятся под землей. Фоторецепция в корнях запускает сигнальную цепочку, которая влияет на рост растений, особенно корней. архитектуры», - говорит Ян Болдуин, руководитель исследования в Институте химической экологии им. Макса Планка в Йене. Он уже смотрит в будущее: «В корнях больше фоторецепторов. До сих пор оставалось в значительной степени неизвестным, каковы их обязанности в корнях и как они взаимодействуют со световыми сигналами, которые передаются от побегов."
Для экологических исследований очень важно показать актуальность этого исследования для растений, произрастающих в их естественной среде обитания. Чтобы выяснить это, ученые хотят провести эксперименты с другим видом растений, койотовым табаком Nicotiana attenuata, эталонным растением в экологии, приспособленным к чрезвычайно сильному воздействию света. Исследователи предполагают, что недавно обнаруженная сенсорная модальность корней улучшает экологические характеристики растений в природе, позволяя лучше распределять ресурсы для роста, воспроизводства и защиты.