Растения распознают родственников: учёные раскрыли механизм

Растения могут распознавать своих родственников («сиблингов» — растения, выращенные из семян одной материнской особи), и исследователи из Университета Делавэра обнаружили, как работает эта система идентификации.

Ключ к распознаванию лежит в корнях и химических сигналах, которые они выделяют.

Исследование, опубликованное в журнале Communicative & Integrative Biology, провела группа под руководством Харша Байса, доцента кафедры растениеводства и почвоведения.

Предыстория и эксперимент

В 2007 году канадские учёные во главе с экологом-эволюционистом Сьюзан Дадли обнаружили, что морская редька (Cakile edentula) «играет по-хорошему» с родственниками: не наращивает избыточную корневую систему для конкуренции. Однако рядом с чужаками растение начинает активно конкурировать за воду и питательные вещества.

Чтобы найти механизм этого распознавания, Байс и аспирантка Мередит Биджицки провели эксперименты с дикими популяциями Arabidopsis thaliana.

Методология и результаты

• Молодые проростки подвергали воздействию жидкой среды, содержащей корневые выделения (экссудаты) от родственников, чужаков или только их собственные экссудаты.
• Измеряли длину самого длинного бокового корня и гипокотиля (первой листоподобной структуры).
• В одном эксперименте корневые выделения блокировали ортованадатом натрия, который специфически ингибирует секрецию, не влияя на рост корней.

Результаты:

• Воздействие корневых экссудатов чужаков вызывало большее образование боковых корней по сравнению с воздействием экссудатов родственников.
• Распознавание чужаков прекращалось при обработке ингибитором секреции.
• Исследование было воспроизведено в лаборатории Дадли в Канаде с аналогичными результатами.

Наблюдения и последствия

• Конкуренция: Растения-чужаки, посаженные рядом, часто короче, так как направляют энергию на рост корней. Корни родственников, не конкурирующих друг с другом, часто бывают мельче.
• Поведение: У родственных растений листья часто соприкасаются и переплетаются, в то время как чужаки растут жёстко вертикально, избегая контакта.

Неотвеченные вопросы и значение

Исследование поднимает новые вопросы:

• Как влияет выращивание родственных растений в крупных «монокультурах» (кукуруза и др.)?
• Становятся ли они более уязвимыми для патогенов?
• Как выживают, не конкурируя? Возможно, они балансируют потребление питательных веществ.

Открытие также может иметь значение для садоводов-любителей: плохой рост растений рядом может быть связан не только с болезнями или качеством саженцев, но и с их «родственными» отношениями.