Как растения противостоят тени более крупных соседей
Растения, которые "проигрывают в борьбе" за свет, оказавшись в тени более крупных соседей, предпринимают контрмеры. Они адаптируются за счет быстрого удлинения побегов и вытягивания листьев к солнцу. Молекулярная основа этого так называемого синдрома избегания тени до сих пор была неясна. Ученые из Утрехтского университета (Нидерланды) и Рурского университета в Бохуме смогли раскрыть один из регуляторных путей. Специальный транспортный белок (PIN3) обеспечивает накопление растительного гормона ауксина, играющего важную роль в этом процессе адаптации, в наружных клеточных слоях растений, тем самым усиливая рост.
Международная группа исследователей, включающая специалиста по фитогормонам проф. Штефана Полльмана из Рурского университета, опубликовала свои наблюдения в текущем выпуске Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Внезапно в тени: реакция растений
Растения часто растут в сложных экосистемах и рискуют быть затененными более крупными соседями. У них есть ряд механизмов, позволяющих регистрировать конкурентов и усиливать конкурентную реакцию. Ключевую роль играет постоянное восприятие интенсивности и качества света. Проф. Полльман объясняет, что хлорофилл, фотосинтетический пигмент в листьях, поглощает почти все оттенки синего и дальнего красного света, пропуская только темно-красный свет. Если растение затенено листвой, соотношение красного к дальнему красному свету значительно меняется. Световые рецепторы растений, регистрируя это изменение, запускают ряд механизмов адаптации в своей программе роста и развития, что в совокупности составляет синдром избегания тени: ускоренный рост побегов и поднятие листьев вверх (гипонастическая реакция).
Ключевая роль ауксинов
Сосудистые растения производят ряд различных малых сигнальных молекул — фитогормонов, регулирующих процессы роста и дифференцировки. Ауксины, одни из самых известных факторов роста растений, обладают чрезвычайно широким спектром активности и особенно важны. Они играют решающую роль почти во всех процессах роста, включая реакцию избегания тени. Однако лежащий в основе механизм до конца не был понятен. Было известно, что эффект ауксина основан на взаимодействии его образования, транспорта и передачи сигнала. Все эти процессы зависят от низкого соотношения красного к дальнему красному свету, но точные механизмы оставались неясны.
Распределение белка обеспечивает направленный поток гормонов
Группа ученых под руководством экофизиолога д-ра Рональда Пейрка из Утрехтского университета смогла пролить свет на этот вопрос, уточнив процессы роста побегов при синдроме избегания тени. Они обнаружили, что рост побегов при низком соотношении красного/дальнего красного света зависит от интактного механизма восприятия ауксина и от накопления ауксина в побеге. За это накопление в первую очередь отвечает транспортный белок ауксина PIN-FORMED 3 (PIN3). Образование PIN3 усиливается при низком соотношении красного к дальнему красному свету. Белок в основном накапливается в латеральных клеточных стенках эндодермы. Такое распределение PIN3 приводит к потоку ауксина в сторону эпидермальных клеточных слоев, ответственных за удлинение побега.
Сравнение растений на свету и в тени
Эту рабочую гипотезу удалось экспериментально подтвердить в сотрудничестве с экспертом по фитогормонам проф. Штефаном Полльманом. Используя современную масс-спектрометрию, он смог количественно сравнить содержание ауксина у растений дикого типа и у генетически созданных мутантов pin3, не способных производить транспортный белок. У генетически измененных растений без PIN3 синдром избегания тени отсутствовал. Таким образом, можно сделать вывод о важной роли контролируемого PIN3 накопления ауксина в реакции избегания тени.