Когда корни растений научились следовать гравитации

Биологи растений из Института науки и технологий Австрии (IST Austria) выяснили, как и когда у растений развилась способность к быстрому и эффективному гравитационному росту корней вниз. Ключевые компоненты этой системы появились только у семенных растений около 350 миллионов лет назад. Результаты опубликованы в Nature Communications.

Эволюция гравитропизма

Исследователи сравнили гравитропизм — рост в направлении силы тяжести — у различных групп растений: мхов, плаунов, папоротников, голосеменных (хвойных) и цветковых растений. При горизонтальном росте корни примитивных растений (мхов, плаунов, папоротников) изгибались вниз медленно и неэффективно. Только у семенных растений (появившихся ~350 млн лет назад) наблюдался быстрый и эффективный гравитропизм.

Ключевые компоненты системы

1. Амилопласты как датчики гравитации

• У семенных растений органеллы амилопласты, заполненные гранулами крахмала, оседают на самое дно кончика корня, выступая точным гравитационным сенсором.
• У более ранних растений амилопласты оставались распределены случайным образом и не выполняли эту функцию.

2. Специфичный транспорт ауксина

• После восприятия гравитации сигнал передается гормоном роста ауксин.
• У семенных растений уникальную роль играет транспортный белок PIN2. Только у этой группы он локализуется на верхней стороне клеток эпидермиса корня, что поляризует клетки и позволяет направлять поток ауксина от зоны восприятия гравитации к зоне роста.

Практическое значение

Это исследование раскрывает одну из ключевых адаптаций растений к жизни на суше. Понимание этих механизмов может помочь в будущем улучшить рост сельскохозяйственных культур в засушливых регионах, обеспечив им более стабильное закрепление и доступ к воде и питательным веществам в глубоких слоях почвы.