Как корни растений ищут воду

Международная группа учёных из Университета Ноттингема (Англия) и Университета Тохоку (Япония) помогла решить загадку, интересовавшую учёных со времён Чарльза Дарвина: как корни растений чувствуют воду и меняют направление роста, чтобы её найти. Это открытие может привести к созданию улучшенных сортов сельскохозяйственных культур, более эффективно добывающих воду.

Их исследование «Root hydrotropism is controlled via a cortex-specific growth mechanism» проливает новый свет на то, какая часть корня воспринимает сигнал о воде и какие ткани затем меняют свой рост, чтобы изменить направление корня. Результаты опубликованы в Nature Plants.

Ведущий исследователь доктор Даниэла Дитрих из Ноттингемского университета заявила: «Даже когда большая часть кончика корня была удалена лазером или скальпелем, корни модельного растения Arabidopsis thaliana всё равно реагировали на градиент влаги в среде. Это показало, что гидротропизм — реакция корней на содержание влаги в почве — зависит от восприятия и ответа в зоне растяжения, быстрорастущей области корня сразу за кончиком».

Как растения ищут воду?

Гидротропизм изучен хуже, чем реакции на другие стимулы, такие как гравитация, свет или прикосновение.

Группа клеток на кончике корня, известная как колумелла, используется для восприятия гравитации. Исследователи хотели выяснить, задействованы ли те же клетки в восприятии воды. Используя лазерную абляцию, они показали, что клетки колумеллы не необходимы для гидротропизма.

Также они выясняли, требует ли гидротропизм реакции определённой ткани корня. Гормон растений Абсцизовая кислота (ABA) и ген MIZ1 являются ключевыми для молекулярного сигнального пути гидротропизма. Используя мутанты, у которых отсутствовали ключевые компоненты этого каскада, и затем индуцируя экспрессию этих компонентов только в специфичных тканевых слоях, исследователи продемонстрировали, что кора (тканевый слой непосредственно под эпидермисом) — это то место, где рост корня меняется в ответ на восприятие воды.

Доктор Даниэла Дитрих отметила: «Мы были удивлены, увидев, что в обоих случаях экспрессия в коре была способна восстановить гидротропический ответ. Для гравитропического ответа, который задействует ауксин, важен эпидермис. Интересно, что эти два ответа на среду контролируются разными гормонами растений, действующими на разные ткани корня».

Исследователи также использовали математическое моделирование, чтобы проверить, достаточно ли изменений роста только в слое коры, чтобы изменить направление корня. Когда существующая модель была адаптирована так, что только клетки коры с одной стороны корня начинали удлиняться раньше, предсказанные моделью изменения направления кончика корня совпали с экспериментами на растениях.