Как растения используют циркадные ритмы для роста корней

Циркадные ритмы управляют физическими, умственными и поведенческими изменениями у большинства живых существ, включая растения. Ученые из Университета Ноттингема обнаружили, как растения манипулируют своими биологическими часами, чтобы стимулировать рост боковых корней.

Исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, показало, что модельное растение Arabidopsis thaliana перестраивает фазу своего циркадного ритма, чтобы способствовать развитию боковых корней. Растения с нарушенной или сверхэкспрессией ключевых компонентов циркадного ритма демонстрировали дефекты корневой системы.

Работа, выполненная командой биологов растений, статистиков и биоинформатиков в Центре интегративной биологии растений, предполагает, что растения могут контролировать свои физиологические процессы, чтобы стимулировать рост корней и максимизировать извлечение питательных веществ.

Ключевые механизмы

• Чтобы регулировать развитие новых боковых корней, циркадные часы в клетках, окружающих зачаток корня, колеблются в фазе, независимой от часов в других тканях корня и побега.
• Ключевую роль в этом процессе играет растительный гормон и сигнальная молекула ауксин.
• Ауксин перепрограммирует клетки, лежащие над зачатком корня, чтобы они отделялись друг от друга и облегчали его выход на поверхность.

Доктор Уте Фосс поясняет: «Мы обнаружили, что циркадные часы перестраиваются во время этого процесса, чтобы регулировать высвобождение компонентов, связанных с ауксином, и контролировать скорость появления нового бокового корня. Нарушение «настроек» часов приводило к ухудшению роста».

Синхронизация для координации

Циркадные часы играют ключевую роль в контроле роста и развития растений, и появляется все больше доказательств того, что отдельные клетки могут синхронизировать свои часы с другими клетками для координации этих процессов.

Профессор Малкольм Беннетт сравнивает это с метрономом: «Клетки, окружающие новый боковой корень, должны реагировать согласованно, когда он выходит из глубины основного корня. Мы считаем, что именно поэтому циркадные часы этих клеток синхронизируются друг с другом, действуя подобно метроному, чтобы обеспечить координацию ритмов клеток корня».

Доктор Майкл Уилсон добавляет: «Это еще один непризнанный ранее механизм, регулирующий архитектуру корневой системы. В настоящее время активно изучается взаимосвязь между водой и архитектурой корневой системы, и это открытие — еще одна переменная, которую следует учитывать».