Растения увеличивают производство цветков за сутки после внесения питательных веществ в почву
Исследователи из Лаборатории Сейнсбери раскрыли молекулярные механизмы, позволяющие растениям быстро адаптировать скорость цветения в ответ на изменение уровня питательных веществ в почве.
Учёные изучили процессы, с помощью которых растения передают информацию о внешней среде от корней к новым побегам. Результаты показали, что увеличение питательных веществ в почве приводит к реакции в стволовых клетках побегов менее чем за 24 часа.
Эксперименты показали, что эта быстрая реакция происходит как in vitro на микроскопическом уровне, так и ex vitro: целые растения начинают увеличивать скорость роста стволовых клеток и развития цветков в ответ на внесение азота в форме нитрата.
Учёные считают, что исследование, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences, может способствовать повышению урожайности сельскохозяйственных культур за счёт оптимизации сроков внесения удобрений и селективного разведения растений.
Ведущий автор статьи, доктор Бенуа Ландрейн, отметил, что уже хорошо известно, что доступность нитратов может влиять на различные аспекты развития растений. Хотя было известно, что в этой коммуникации от корней к побегам участвуют растительные гормоны цитокинины, точная роль цитокининов в опосредовании ответа меристемы (структуры, производящей все надземные органы растения) на минеральные питательные вещества ранее не описывалась.
«В этом исследовании мы предоставляем интегративную модель реакции меристемы на ключевой сигнал окружающей среды, показывая, что цитокинины, вырабатываемые в корне в ответ на питательные вещества, могут изменять пул стволовых клеток в меристеме, что приводит к быстрому изменению скорости производства цветков», — сказал доктор Ландрейн.
«В течение одного дня после того, как клетки корня обнаружили дополнительный нитрат, предшественники гормона цитокинина прошли через растение и превратились в активные гормоны в апикальной меристеме побега, которые начали влиять на его рост. Скорость этого процесса была очень удивительной — корни не только сами отреагировали на изменение среды, но и быстро передали эту информацию от корней к стволовым клеткам на самом верху растения. Мы наблюдали, что клетки апикальной меристемы побега начали реагировать в течение 24 часов после внесения нитрата».
Доктор Ландрейн является членом исследовательских групп профессора Хенрика Йонссона, доктора Джеймса Локка и профессора Эллиота Мейеровица, которые работают над углублением понимания того, как процессы на клеточном уровне у растений контролируются сетями регуляции генов, транспортом и сигнализацией гормонов, ростом и делением клеток. Профессор Йонссон заявил, что хотя это последнее исследование проводилось на растении Arabidopsis, его результаты могут быть применены в будущем к сельскохозяйственным культурам.
«Это исследование даёт нам лучшее понимание того, как минеральные питательные вещества влияют на архитектуру растения, и может быть использовано для лучшего понимания реакции растений на факторы окружающей среды и для выведения сортов с повышенной урожайностью. Культуры, в которых происходит такое же действие цитокининов между корнями и побегами, могут получить от этого значительную пользу. Например, гены, участвующие в регуляции цитокининов, были картированы у риса и кукурузы, и эти знания можно использовать для отбора растений с более высокой урожайностью семян».