Как растения решают, расти или нет: механизм реакции на доступность воды
Растения используют фотосинтез для преобразования солнечного света, воды и CO2 в сахара, необходимые для роста. Вода также критически важна для транспорта питательных веществ из почвы и обеспечения тургора — жесткости тканей, позволяющей растению сохранять вертикальное положение. Нехватка воды ведет к засухе и гибели растения. Поскольку вода — ключевой фактор, у растений развились механизмы мониторинга её доступности в почве и передачи этой информации удаленным тканям для запуска адаптивных реакций.
При дефиците воды вырабатывается фитогормон абсцизовая кислота (ABA), вызывающий быстрое закрытие устьиц на листьях для предотвращения потерь воды при транспирации. Кроме того, рост большинства органов останавливается, чтобы ресурсы можно было направить на защитные меры. До сих пор оставалось неясным, как именно нехватка воды приводит к остановке роста.
Исследование под руководством Елены Баэна-Гонсалес, главного исследователя IGC и участницы исследовательского объединения GREEN-IT, раскрыло этот механизм: сигналы абсцизовой кислоты связаны с высококонсервативной регуляторной системой, состоящей из двух протеинкиназ (SnRK1 и TOR), которые контролируют рост у всех эукариот (животных, растений, грибов и протистов).
"Когда условия благоприятны, активен "акселератор" системы (TOR), что индуцирует биосинтетические процессы, пролиферацию клеток и рост. Когда условия неблагоприятны, активен "тормоз" системы (SnRK1), который ингибирует TOR и, как следствие, рост", — объясняет Елена Баэна-Гонсалес.
Эта древняя система у всех эукариот контролируется сигналами о питательных веществах, что приводит к остановке роста при низком уровне "топлива".
"Однако мы обнаружили, что у растений эта система контролируется также дополнительными сигналами, связанными с водным статусом (ABA). Это дает растениям уникальную способность регулировать рост не только в ответ на сигналы о питательных веществах, но и в ответ на доступность воды", — поясняет исследователь.
Команда полагает, что эта система могла быть ключевой для становления наземной жизни, позволяя минимизировать расход ресурсов и рост при дефиците воды.
Используя модельное растение Arabidopsis thaliana, исследователи наблюдали, что при генетической инактивации киназы SnRK1 растения развивают более крупные корни в субоптимальных условиях. Хотя такой неконтролируемый рост может быть губительным при сильной засухе, он, вероятно, увеличивает способность поглощать воду из более поверхностных слоев почвы, потенциально улучшая рост растений при умеренном дефиците воды.
Будущие эксперименты будут направлены на проверку этих гипотез и поиск нижестоящих факторов, которые могут быть более пригодны для манипулирования этим признаком у сельскохозяйственных культур.