Как корни растений «чувствуют» и адаптируются к почве: открытие учёных
Впервые учёные обнаружили, как клетки корня реагируют на сложную почвенную среду. Оказалось, что корни активно «ощущают» своё микроокружение и запускают точные, специфичные для каждого типа клеток молекулярные ответы. Эти открытия могут помочь в создании сельскохозяйственных культур, устойчивых к климатическому стрессу.
Метод и ключевое открытие
В исследовании, опубликованном в Nature, международная команда использовала передовую пространственную и одноклеточную транскриптомику. Они сравнили корни риса, выращенные в стандартной гелевой среде, с корнями, выращенными в неоднородной естественной почве и в твёрдой уплотнённой почве.
Одно из поразительных открытий касалось гормона абсцизовой кислоты (ABA), известной своей ролью в реакции на водный стресс. Исследование показало, что ABA помогает укреплять водоотталкивающие барьеры, уменьшая потерю воды корнями и повышая их устойчивость к твёрдым почвам.
Почва как сложная экосистема
Почва производит более 90% всей наземной пищи, но она представляет собой постоянно меняющуюся мозаику из питательных веществ, воды, микробной жизни и механических препятствий. Понимание того, как клетки корня воспринимают и реагируют на стрессы, жизненно важно для будущей продовольственной безопасности.
«Видеть, как гены, связанные с восприятием питательных веществ, реакцией на воду и биотическим стрессом, "загораются" ТОЛЬКО в корнях, выращенных в почве, было потрясающе», — сказал первый автор Миньюань Чжу из Университета Дьюка.
Сдвиг парадигмы в биологии растений
Доктор Бипин Пандей из Ноттингемского университета, руководивший исследованием, отметил: «Это первый случай, когда инструменты экспрессии с клеточным разрешением были применены к корням, выращенным в почве. Понимание клеточно-специфичных ответов в реалистичной почвенной среде проложит путь к инженерии культур на клеточном уровне».
Исследование также показало, что активация систем ответа растения регулируется не только генетическим или биохимическим процессом, но и физически меняет материальные свойства растения на клеточном уровне.
«Укрепление на удары»: роль клеточных стенок
В сотрудничестве с инженерным факультетом Ноттингемского университета команда использовала новую технологию визуализации с клеточным разрешением — фононную микроскопию — для картирования изменений жёсткости клеточных стенок.
«Мы обнаружили эту невероятную способность корней растений эффективно "готовиться к удару", укрепляя свои клеточные стенки при росте в уплотнённой почве», — сказал доктор Сальваторе Ла Кавера.
Исследование также стало данью уважения покойному профессору Филипу Бенфею, чьи идеи и подходы помогли сформировать и запустить этот проект.