Новое исследование меняет представление о том, как растения дышат
Новое исследование готово изменить устоявшееся в учебниках понимание того, как растения дышат.
Ранее объяснение процесса поглощения углекислого газа и выделения кислорода фокусировалось на утолщении внутренних стенок замыкающих клеток. Эти клетки контролируют устьица — крошечные поры, которые растения используют для газообмена, регуляции воды и защиты от патогенов.
В исследовании, опубликованном в Plant Journal, команда под руководством профессора Ричарда Морриса из John Innes Centre (Норидж), профессора Зильке Робатцек из The Sainsbury Laboratory (Норидж) и коллег из Университета Мадрида создала первую полную 3D-модель замыкающей клетки.
С помощью 3D-симуляции они обнаружили три необходимых условия для эффективной работы замыкающих клеток:
- Уровень воды или тургорного давления внутри клетки.
- Эластичность клеточной стенки.
- Бобовидная геометрия клетки, которая преобразует давление в изменение формы.
Профессор Ричард Моррис отметил, что эта работа может помочь понять, как сделать растения более устойчивыми к изменению климата, а также важна для улучшения здоровья растений, поскольку замыкающие клетки являются «горячими точками» для атаки патогенов.
Дополнительная работа, опубликованная в Current Biology с участием John Innes Centre, Университета Шеффилда и Sainsbury Laboratory в Кембридже, раскрыла ещё один секрет динамики замыкающих клеток.
Используя атомно-силовую микроскопию и компьютерное моделирование, команда обнаружила неожиданное упрочнение в концевых областях (полюсах) замыкающих клеток.
«Это полярное упрочнение отражает механическое закрепление концов замыкающей клетки, что предотвращает удлинение устьиц при их открытии. Это приводит к увеличению скорости открытия поры и увеличению самих пор. Вы получаете "лучшие" устьица», — объясняет профессор Джейми Хоббс из Шеффилдского университета.
Тот же эффект наблюдался у модельного растения Arabidopsis, а также у томата и кукурузы, что позволяет предположить его широкое распространение среди видов растений.
Несмотря на важность замыкающих клеток, лежащие в их основе механизмы до сих пор были плохо изучены. Клетки меняют форму в ответ на тургорное давление. При высоком давлении клетки набухают, изгибаясь друг от друга и открывая устьица. Когда вода покидает клетки, давление снижается, клетки становятся более плоскими, и пора закрывается.
Профессор Моррис сообщил, что команда планирует расширить исследования на устьица злаков, которые имеют другую форму и, вероятно, другой механизм работы.