Как растения используют сахар для образования корней
Международная команда биологов растений показала, что формирование новых боковых корней контролируется не только перераспределением сахаров, но и активностью белка-мишени рапамицина (TOR). Понимание этих процессов на молекулярном уровне может помочь улучшить рост растений и урожайность культур.
Хороший рост корней обеспечивает поглощение достаточного количества питательных веществ. Для этого растения должны согласовывать доступные ресурсы от метаболических процессов со своими генетическими программами развития. Растения связывают CO2 из атмосферы в листьях и преобразуют его в простые сахара (фруктозу и глюкозу) в процессе фотосинтеза. Эти сахара распределяются и в корнях, где стимулируют рост.
Исследователи использовали модель Arabidopsis thaliana, чтобы изучить роль глюкозы в формировании боковых корней на молекулярном уровне. Исследования на уровне метаболизма показали, что Arabidopsis образует боковые корни только тогда, когда глюкоза расщепляется, а углеводы потребляются в перицикле — самом внешнем клеточном слое цилиндра главного корня.
Этот процесс контролируется белком TOR, который регулирует ключевые сигнальные сети и метаболические процессы у растений, животных и человека. Его активность зависит от взаимодействия факторов роста (например, гормона ауксина) и питательных веществ (например, сахара).
Учёные обнаружили, что TOR становится активным в клетках перицикла только при наличии там сахара. Затем так называемые клетки-основатели формируют боковые корни путём клеточного деления.
Роль TOR: Белок TOR выполняет роль «привратника». Когда растение активирует генетическую программу роста, ответственную за образование корней, с помощью гормона ауксина, TOR проверяет, доступны ли для этого процесса достаточные ресурсы сахара.
TOR действует, контролируя трансляцию специфических ауксин-зависимых генов, блокируя их экспрессию при недостатке сахара. Подавление активности TOR приводило к отсутствию боковых корней, что указывает на участие фундаментального молекулярного механизма.
Также было показано, что TOR контролирует по схожему механизму образование корней из других тканей растения — так называемых придаточных корней.
Полученные результаты могут представлять интерес для сельскохозяйственных приложений и потенциально использоваться для разработки новых стратегий оптимизации роста растений в различных условиях окружающей среды и повышения урожайности.
Исследование опубликовано в The EMBO Journal.