Новые исследования показали, как корни растений чувствуют наличие влаги в почве, а затем адаптируют свою форму, чтобы оптимизировать получение воды.
Открытие может позволить выращивать сельскохозяйственные культуры, которые более адаптируются к изменениям климатических условий, таким как нехватка воды, и поможет обеспечить продовольственную безопасность в будущем.
Эти результаты, опубликованные в журнале Science, описывают новый молекулярный механизм, обнаруженный совместными группами в университетах Ноттингема и Дарема, в основном финансируемый за счет совместной премии BBSRC.
Корни имеют решающее значение для получения растениями воды и растворимых питательных веществ из почвы. Вода необходима для роста растений, но изменение климатических условий делает получение влаги из почвы еще более сложной задачей. Растения способны приспосабливаться к различным условиям влажности почвы, изменяя строение своей корневой системы, но до сих пор не было понятно, как это делается.
Корневые ответвления образуются только при прямом контакте с почвенной влагой с использованием адаптивной реакции, называемой «гидропаттернирование». Профессор Малкольм Беннетт из Ноттингемского университета и профессор Ари Саданандом с факультета биологических наук Даремского университета обнаружили, что гидропаттерн контролируется главным геном ветвления под названием ARF7. Их группы наблюдали, как корни растений, лишенные ARF7, больше не могли образовывать гидроструктуру. Исследователи пришли к выводу, что когда корни подвергаются воздействию влаги, ARF7 остается активным и способствует ветвлению корней, но при воздействии воздуха ARF7 модифицируется и инактивируется, блокируя ветвление корней.
Профессор Саданандом объяснил: «Растения относительно неподвижны, и поэтому их рост и развитие очень сильно зависят от окружающей среды. Наши исследования выявили особый белок, который может модифицировать и даже инактивировать ветвление корней, тем самым ограничивая рост растений и разработка.
"Это чрезвычайно интересно, так как открывает для нас возможность адаптировать это взаимодействие белков и потенциально вывести растения, которые могли бы продолжать пускать корни даже в сложных условиях, таких как нехватка воды."
Профессор Беннетт заключил: «Вода имеет решающее значение для роста, развития и, в конечном счете, выживания растений. Удивительно, но понимание того, как растения ощущают наличие воды, до сих пор ускользало от ученых. Изучая, как корни растений изменяют свое ветвление в ответ на доступность воды, мы открыли новый молекулярный механизм, который представляет собой важный шаг вперед и открывает селекционерам возможность выводить новые культуры, более приспособленные к изменению климата и помогающие обеспечить глобальную продовольственную безопасность."
Продовольственная безопасность представляет собой актуальную глобальную проблему. Производство сельскохозяйственных культур должно удвоиться к 2050 году, чтобы идти в ногу с ростом населения планеты. Эта цель является еще более сложной, учитывая влияние изменения климата на доступность воды и стремление сократить использование удобрений, чтобы сделать сельское хозяйство более экологически устойчивым. В обоих случаях решением проблемы станет выращивание культур с улучшенной эффективностью поглощения воды и питательных веществ.