Растения используют инженерные принципы для роста в плотной почве
Почвенная уплотненность становится всё более серьёзной проблемой в сельском хозяйстве. Тяжёлая техника сжимает почву, затрудняя рост растений, а засухи, связанные с изменением климата, усугубляют ситуацию.
Исследователи из Копенгагенского университета, Шанхайского университета Цзяо Тон, Ноттингемского университета и других институтов выяснили, как растения приспосабливаются к плотной почве. Результаты опубликованы в журнале Nature.
Биологический клин в почве
Учёные обнаружили механизм:
- В уплотнённой почве вокруг корня накапливается гормон этилен.
- Этилен активирует ген OsARF1.
- Этот ген снижает производство целлюлозы в клетках среднего слоя корня, делая его тоньше, мягче и гибче. Клетки набухают, и корень расширяется.
- Одновременно внешний слой корня (эпидермис) утолщается и становится жёстче.
"Корень меняет свою структуру в соответствии с базовым инженерным принципом: чем больше диаметр 'трубы' и прочнее её внешняя стенка, тем лучше она сопротивляется изгибу при вдавливании в плотный материал", — объясняет Бипин Пандей, старший автор из Ноттингемского университета.
Сочетание разбухания корня и усиленного внешнего слоя позволяет ему действовать как биологический клин, проникая в почву.
Помощь растениям в росте
Исследование показало, как можно усилить этот механизм:
- Повышение уровня определённого белка (транскрипционного фактора) улучшает способность корня проникать в плотную почву.
- Это открывает новые пути в селекции сельскохозяйственных культур для устойчивого земледелия.
Хотя эксперименты проводились на рисе, учёные полагают, что механизм применим ко многим видам растений. Части этого же механизма были обнаружены у эволюционно далёкого от риса растения — арабидопсиса.
Работа также выявила множество других транскрипционных факторов, регулирующих производство целлюлозы, что открывает возможности для изменения формы и структуры растений в селекции.