Секреты бонсай: раскрыт механизм регенерации корней

Обнаружен молекулярный механизм, лежащий в основе регенерации корней после их обрезки у растений. Это открытие может привести к разработке новых методов регулирования роста растений в сельском хозяйстве и садоводстве.

Корневая система растений обладает высокой регенеративной способностью. Она играет критическую роль в поглощении воды и питательных веществ из почвы, поэтому её потеря представляет непосредственную угрозу для жизни растения. Пластичность корневой системы также помогает растениям адаптироваться к неблагоприятным условиям, таким как засуха. Сельскохозяйственный метод, называемый обрезкой корней, использует эту естественную устойчивость для контроля роста растений. Он также применяется в садоводстве для контроля размера и силы роста растений, как, например, в бонсай.

Предыдущие исследования предполагали, что регенерация корней происходит через индукцию образования боковых корней (LR), и что ауксин — хорошо изученный гормон роста, участвующий в различных процессах развития растений, — играет роль в этом процессе. Однако молекулярный механизм, лежащий в основе регенерации корней, оставался в значительной степени неизвестным.

Согласно новому исследованию, опубликованному в Plant and Cell Physiology, учёные впервые идентифицировали, что YUCCA9 — один из одиннадцати генов YUCCA, участвующих в синтезе ауксина, — играет первостепенную роль в регенерации корневой системы.

Используя Arabidopsis в качестве модели, исследовательская группа под руководством доцента Масааки Ватахики из Университета Хоккайдо обнаружила, что обрезка корней индуцирует как образование LR, так и рост существующих корней. Эксперименты по исследованию экспрессии генов и с использованием мутантов идентифицировали YUCCA9 как основной ген, ответственный за биосинтез ауксина во время регенерации корневой системы после обрезки. В сотрудничестве с профессором Масаси Асахина из Университета Тейкё команда также обнаружила явное повышение уровня ауксина после обрезки.

Ауксин обычно демонстрирует неравномерное распределение в теле растения в результате полярного транспорта, что приводит к гравитационному или световому изгибу растения. Команда обнаружила, что система полярного транспорта также необходима для регенерации корней.

Интересно, что команда выяснила, что дефектные LR у некоторых мутантов по передаче сигналов ауксина могут восстанавливаться после обрезки корней, что указывает на устойчивость сигналинга ауксина, индуцированного обрезкой. Они также показали избыточность генов биосинтеза ауксина с помощью анализа мутантов.

«Мы идентифицировали основной ген биосинтеза ауксина, который отвечает за регенерацию корней при их повреждении. Это открытие может привести к разработке новых методов подавления или усиления регенерации корней и, таким образом, контроля роста растений в сельском хозяйстве и садоводстве», — говорит Масааки Ватахики.