3D-визуализация в реальном времени показывает, как растения образуют новые боковые корни
Исследователи применили 3D-визуализацию в реальном времени для наблюдения за процессом формирования боковых корней у растений и выяснили часть механизма, создающего новую меристематическую ткань. Дальнейшее раскрытие механизма образования корней может потенциально использоваться для контроля роста растений путём искусственного изменения архитектуры корневой системы. Результаты опубликованы 10 августа в онлайн-версии журнала Development.
В исследовательскую группу вошли профессор ФУКАКИ Хидэхиро (Университет Кобе), доцент ГОХ Тацуаки (Университет Кобе, ныне — доцент Научно-технологического института Нары), а также учёные из Ноттингемского и Монпельеского университетов.
Растения формируют корневую систему, адаптированную к окружающей среде, путём роста новых разветвлённых корней из уже существующих. Корневая система состоит из:
- Первичного корня — первого, растущего после прорастания.
- Боковых корней, образующихся из внутренней ткани существующих корней (например, первичного).
- Придаточных корней, растущих из надземных тканей.
Первичный корень единственный, но после прорастания образуется множество боковых и придаточных корней. Поскольку именно они составляют основную часть корневой системы, они сильно влияют на её структуру.
Для роста корня новые клетки должны создаваться в его меристематической ткани, расположенной на кончике. В отличие от первичного корня, берущего начало из зародышевого корешка, боковые корни формируются из небольшой группы клеток внутреннего слоя уже после прорастания. Благодаря генетическим исследованиям и изучению тканей растений понимание механизма образования первичного корня продвинулось, но в механизме создания боковых корней из малого числа клеток остаётся много неизвестного.
Исследовательская группа разработала метод долгосрочного наблюдения за процессом развития новых корней (боковых) после прорастания модельного растения Arabidopsis thaliana. Метод основан на технологии 3D-визуализации в реальном времени с использованием конфокальной лазерной микроскопии.
Сравнивая мутантные растения с аномалиями в морфогенезе боковых корней с растениями с естественным развитием, учёные выяснили часть механизма, развивающего боковые корни и корневую меристему. В частности, был прояснён механизм установления «клеток покоящегося центра» — важных клеток для функционирования меристемы.
Теперь, когда можно наблюдать процесс развития боковых корней во времени на клеточном уровне, понимание должно углубиться в отношении различных процессов: как делятся отдельные клетки, как они изменяются и как координируются для создания новых корней. В будущем, если удастся полностью расшифровать механизм увеличения корней, можно будет потенциально регулировать рост различных сельскохозяйственных и садовых культур путём искусственного изменения развития корневой системы.