Как растения справляются с нехваткой воды: открыт ключевой механизм

Исследователи из Тель-Авивского университета под руководством доктора Юйцинь Чжан и профессора Эйлона Шани обнаружили центральный механизм, помогающий растениям справляться с засухой и нехваткой воды. Система основана на белках, которые транспортируют небольшую сигнальную молекулу, контролирующую два жизненно важных процесса: закрытие устьиц листьев для предотвращения потери воды и регулирование роста боковых корней для лучшего ответа на абиотические стрессы, такие как высокая засолённость или засуха.

Шестилетнее исследование с участием учёных из Израиля, Швейцарии, Германии, США и Дании опубликовано в журнале Science Advances.

Как работает механизм

Растения быстро реагируют на нехватку воды, закрывая устьица — поры в листьях. Этот процесс регулируется растительным гормоном ABA (абсцизовая кислота). Ранее считалось, что ABA вырабатывается в корнях и транспортируется в листья. Новое исследование опровергает эту гипотезу.

Используя модель растения Arabidopsis и передовые методы молекулярной генетики (редактирование генома, активация генов в специфичных типах клеток, флуоресцентное зондирование), учёные обнаружили:

  1. ABA хранится в листьях в неактивном состоянии внутри клеток мезофилла, ответственных за фотосинтез.
  2. Транспорт и хранение осуществляют два ранее неизвестных белка-транспортёра — ABCG17 и ABCG18. Они переносят ABA через мембрану в клетки мезофилла, где молекула связывается с сахаром и деактивируется.
  3. Быстрый ответ на засуху: когда растение ощущает нехватку воды, активность белков ABCG17 и ABCG18 снижается, ABA «пробуждается» и быстро закрывает устьица.

Дальний транспорт и развитие корней

Исследование также показало, что длинная дистанция транспорта ABA противоположна ожидаемой. Гормон перемещается от листьев к корням по сосудистой системе растения. Этот поток также контролируется белками ABCG17 и ABCG18.

Снижение их активности в листе уменьшает запасы неактивного ABA, и свободный гормон движется к корням. Накопление ABA в корнях регулирует развитие боковых корней, что помогает растению лучше противостоять стрессам, таким как засоление или засуха.

Значение открытия

Профессор Шани заключает: «Мы впервые обнаружили контрольный механизм, с помощью которого растение собирает сигнальные молекулы в «хранилище» и высвобождает их при нужных условиях. Это открытие значительно поможет сельскому хозяйству в эпоху быстрых климатических изменений и, надеемся, улучшит мировые поставки продовольствия».

В последующих исследованиях учёные изучают аналогичные механизмы у важных сельскохозяйственных культур: томатов и риса.