Учёные выяснили, как растения растут, чтобы избежать тени
Растения ведут ожесточённую борьбу за солнечный свет. Учёные из Института биологических исследований Солка определили, как листья сообщают стеблям о необходимости роста, когда растение оказывается в тени.
В статье, опубликованной 15 апреля в Genes and Development, сообщается, что ключевым посредником между световыми сенсорами растения и выработкой ауксинов (гормонов, стимулирующих рост стебля) является белок phytochrome interacting factor 7 (PIF7).
"Мы знали, как листья чувствуют свет, и что ауксины управляют ростом, но не понимали путь, связывающий эти две фундаментальные системы", — говорит Джоанн Чори, профессор и директор Лаборатории биологии растений Солка. — "Теперь, когда мы знаем, что PIF7 является реле, у нас есть новый инструмент для создания сельскохозяйственных культур, которые оптимально используют пространство поля и, следовательно, производят больше пищи или сырья для биотоплива и биовозобновляемых химикатов".
Растения собирают информацию об освещённости с помощью фоточувствительных молекул в листьях. Эти сенсоры определяют, находится ли растение на полном солнце или в тени других растений, на основе длины волны красного света.
Если светолюбивое растение, такое как резуховидка Таля (Arabidopsis thaliana), оказывается в тени, сенсоры дают команду клеткам стебля удлиняться, заставляя растение расти вверх, к свету. Однако при длительном нахождении в тени растение может зацвести раньше и дать меньше семян — это последняя попытка помочь потомству распространиться на более солнечные места. В сельском хозяйстве эта реакция, известная как синдром избегания тени, приводит к потере урожайности из-за плотно посаженных рядов растений, затеняющих друг друга.
Учёные знали, что пигмент фитохром B (PHYB) в листьях реагирует как на красный свет (который обеспечивает фотосинтез), так и на ближний инфракрасный свет, которого больше в тени. Но прямой связи между этой реакцией на свет и гормональным ответом роста на тень найдено не было.
В исследовании с помощью биохимического и геномного анализа был идентифицирован PIF7 как ключевое молекулярное звено между световыми сенсорами растения и выработкой ауксинов. Было показано, что когда растение помещают в тень, в клетках листьев происходит каскад молекулярных изменений: фоторецептор PHYB вызывает химические изменения в PIF7, который затем активирует гены, направляющие клетку на производство ауксина.
"Мы уже знали, что ауксин производится в листьях и перемещается в стебель, чтобы стимулировать рост. Теперь мы знаем, как тень стимулирует листья производить ауксин, и оказывается, что это удивительно простой путь для управления такой важной функцией", — отмечает Чори.
Эти открытия могут предложить новые пути для создания культур с архитектурой стебля, лучше приспособленной к плотным рядам посадки, что сделает их менее подверженными синдрому избегания тени. В случае успеха такие культуры будут давать более высокие урожаи продуктов питания и биотоплива, чем существующие сорта.