Формирование древесины теперь можно наблюдать в реальном времени — и, возможно, улучшить для климата будущего

Генетический метод позволил наблюдать, как строятся вторичные клеточные стенки (древесина) у растений. Новое исследование открывает возможность разработки более прочных строительных материалов и, возможно, более климатически эффективных деревьев.

Способность деревьев вырастать выше 100 метров обеспечивается прочными вторичными клеточными стенками (ксилемой или древесиной), построенными по особым паттернам. Как именно формируются эти паттерны, оставалось загадкой.

Впервые международной группе исследователей, включая профессора Стаффана Перссона из Университета Копенгагена, удалось наблюдать этот процесс в растении в реальном времени. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.

Генетический трюк сделал возможным наблюдение в реальном времени

Так как древесина формируется в тканях глубоко внутри растения, для наблюдения за процессом пришлось применить генетический переключатель. Модифицировав растения, исследователи смогли включить образование древесины во всех клетках, включая поверхностные. Это позволило детально наблюдать процесс под микроскопом.

Клеточные стенки в основном состоят из целлюлозы, которую производят ферменты на поверхности клеток. Микротрубочки служат «рельсами», направляющими эти ферменты, которые откладывают материал для стенки.

«Интересно, что во время формирования древесных клеточных стенок этим "рельсам" нужно полностью изменить свою организацию, чтобы создать узорчатые стенки — процесс, который мы теперь можем наблюдать прямо под микроскопами», — объясняет Стаффан Перссон.

Более высокие деревья и прочные строительные материалы

«Следующий шаг — найти способы внести изменения в систему. Например, изменив паттерны», — предполагает Перссон.

Первый автор работы, доктор Рене Шнайдер, добавляет: изменение паттернов может повлиять на рост растения или распределение в нём воды, что, в свою очередь, может повлиять на высоту или биомассу растения.

«Если бы можно было создать деревья, которые растут иначе, накапливая больше биомассы, это потенциально могло бы помочь замедлить увеличение углекислого газа в атмосфере», — говорит Шнайдер.

В долгосрочной перспективе одно из очевидных применений — манипулирование биологическими процессами для разработки более прочных или иных древесных строительных материалов.

«Если мы сможем изменить как химический состав клеточных стенок, над чем мы и другие исследователи уже работаем, так и их паттерны, мы, вероятно, сможем изменить прочность и пористость древесины», — говорит Перссон.

Более прочные строительные материалы из дерева имеют меньший углеродный след, более длительный срок службы и могут заменить энергоёмкие материалы, такие как бетон.

Перссон также указывает на потенциальное применение в разработке наноматериалов на основе целлюлозы для медицины, например, для эффективной доставки лекарств.

Однако для этих применений сначала потребуются дальнейшие знания о том, как можно манипулировать вторичными стенками, и внедрение этих знаний в деревья или другие полезные культуры, так как большая часть исследований проводится на модельных организмах, таких как резуховидка Таля.