Как растения растут к свету? Ученые объясняют механизм фототропизма

Растения тянутся к свету, чтобы максимизировать фотосинтез. Международная команда ученых дала окончательное объяснение движущей силы этого процесса — гормона ауксина.

Фототропизм особенно важен на ранних этапах жизни растения. Проростки, прорастая в почве, быстро растут вверх против силы тяжести, а с помощью светочувствительных белков находят кратчайший путь к солнечному свету и изгибаются в его направлении.

"Даже взрослые растения изгибаются к самому сильному свету. Они делают это, удлиняя клетки стебля на стороне, наиболее удаленной от света", — объясняет профессор Клаус Швайххаймер из Технического университета Мюнхена (TUM).

Транспортеры доставляют гормон к цели

Вещество, ответственное за удлинение клеток, — ауксин. Этот фитогормон образуется в клетках кончика побега и затем передается от клетки к клетке.

"Экспортные и импортные белки выталкивают ауксин из одной клетки в межклеточное пространство, а затем в следующую клетку и так далее, пока ауксин не достигнет своей цели", — отмечает Швайххаймер.

Ключевые белки в этом процессе — экспортные белки PIN, которые регулируют направление потока ауксина. Команда TUM показала, что PIN не функционируют самостоятельно: "Им требуется сигнал от протеинкиназы D6PK. Этот фермент модифицирует PIN, перенося фосфатные группы, — тем самым активируя их как транспортеры ауксина".

Какова роль ауксина?

Теория о том, что ауксин может играть роль в изгибе растений к свету, была впервые предложена в 1937 году голландским исследователем Фрицем Вентом в модели Чолодного–Вента. Однако до сих пор не было окончательного доказательства участия ауксина, так как все растения с известным дефектом транспорта ауксина демонстрировали нормальный фототропизм.

Модель регуляции ауксина подтверждена

Ученые из TUM и Университета Лозанны (UNIL) нашли ответ. Швейцарские исследователи смогли одновременно инактивировать несколько PIN-транспортеров в растении, а ученые TUM продемонстрировали функцию протеинкиназы D6PK.

Оказалось, что при отсутствии нескольких компонентов PIN и киназы рост растений полностью не реагировал на световые сигналы, запускающие фототропизм. Механизм транспорта ауксина у этих мутантных растений был серьезно нарушен: растения росли вверх, против силы тяжести, независимо от источника света. Это впервые позволило доказать, что гормон ауксин определенно является веществом, управляющим фототропизмом.