Во время засухи растения используют сигнальную молекулу, известную у животных, чтобы ограничить потерю воды. Молекула дает им своего рода память о том, насколько сухим был день.
"Я изучаю, как растения регулируют свой водный баланс более 35 лет. Найти совершенно новый и неожиданный способ экономии воды, безусловно, стало одним из самых удивительных открытий в моей жизни." Так считает профессор Райнер Хедрих, ученый-растениевод и биофизик из Университета Юлиуса-Максимилиана (JMU) Вюрцбурга в Баварии, Германия.
Группа Хедрича открыла эту новую стратегию вместе с исследователями из Университета Аделаиды в Австралии. Результаты были опубликованы в журнале Nature Communications.
Количество ГАМК как стрессовая память
В публикации показано: растения используют сигнальную молекулу ГАМК (гамма-аминомасляная кислота), чтобы запомнить сухость дня. Чем суше, тем больше ГАМК накапливается в тканях растения в течение дня. А на следующее утро количество ГАМК определяет, насколько широко растение открывает поры своего листа. Ширина раскрытия этих пор может ограничить потерю воды.
ГАМК - это сигнальная молекула, которая также встречается у людей и животных: там она является веществом-мессенджером нервной системы. У растений нет нервных клеток и мозга. И все же ГАМК теперь также обнаруживается в них в связи с процессами, подобными памяти.
Райнер Хедрих называет еще одну связь: Кратковременная память, которую плотоядная венерина мухоловка использует для подсчета количества прикосновений ее добычи, зависит от уровня кальция в клетке. И именно уровень кальция регулирует ферментативный биосинтез ГАМК в растениях.
Низкая потребность в воде, высокая засухоустойчивость
Эффект ГАМК был продемонстрирован на различных культурах, как объясняет профессор Мэтью Гиллихэм из Университета Аделаиды: «Под влиянием ГАМК, например, ячмень, бобы и соя закрывают поры своих листьев». Так же реагируют и лабораторные растения, производящие больше ГАМК из-за мутаций. В экспериментах этим мутантам требуется меньше воды, и они дольше переносят засуху.
Ученым известны другие сигнальные вещества в растениях, которые вызывают закрытие пор листьев. Но ГАМК опирается на совершенно другой механизм действия, объясняет ведущий автор публикации доктор Бо Сюй из Центра передового опыта в области биоэнергетики растений Австралийского исследовательского совета.
Засухоустойчивые растения будущего
Понимание механизмов водосбережения и засухоустойчивости растений становится все более важным во времена изменения климата. Вот уже несколько лет усиливающаяся жара и засуха наносят ущерб многим культурам. Водные ресурсы Земли, которые можно использовать для сельского хозяйства, также находятся под угрозой. Поэтому человечество, вероятно, будет все больше зависеть от новых сортов, которые по-прежнему дают хорошие урожаи при минимально возможном количестве воды.