Белок светлячка позволяет визуализировать корни в почве

Растения образуют обширную сеть подземных корней, которые исследуют почву в поисках необходимых ресурсов. Структура и функция этой корневой сети могут быть сильно адаптированы к конкретным условиям среды. Однако изучение корней затруднено, так как они скрыты в почве.

Новый инструмент визуализации от команды под руководством Хосе Диннени из Института Карнеги позволяет исследовать динамику роста корневых систем в почве и изучать молекулярные сигнальные пути, контролирующие этот рост. Первые результаты с использованием этой системы опубликованы в журнале eLife.

Система GLO-Roots

Разработанная система называется GLO-Roots (Growth and Luminescence Observatory for Roots). Это интегрированная платформа, которая включает:

• Выращивание растений в почве в специальных сосудах.
• Визуализацию корней с помощью биолюминесценции.
• Анализ роста, архитектуры и экспрессии генов с помощью специального программного обеспечения.

Принцип работы

Метод основан на генетической модификации растений: они производят фермент светлячков люциферазу, что заставляет корни светиться в темноте почвы. Светочувствительные камеры улавливают это свечение, позволяя отличить корни от окружающей почвы.

Используя несколько генетически закодированных люцифераз, излучающих свет разной длины волны, команда смогла одновременно отслеживать:

• Архитектуру всей корневой системы.
• Экспрессию генов у взрослых растений.

Ключевые результаты и применение

Система GLO-Roots позволила изучить реакцию корней на стрессы, важные для устойчивого сельского хозяйства, например, засуху.

• Исследователи смогли одновременно отслеживать скорость и направление роста десятков кончиков корней и соотносить это с количеством воды в окружающей почве.
• Было обнаружено, что моделируемая засуха заставляет корни расти глубже в почвенный слой, что, вероятно, позволяет получить доступ к нетронутым запасам воды.

Значение

• GLO-Roots — это «изменяющий правила игры» инструмент, который позволяет понять молекулярные события, лежащие в основе принятия решений корнями о направлении роста и ветвлении.
• Система позволит охарактеризовать генетические пути, обеспечивающие эффективное исследование почвенной среды, что может быть важно для разработки стратегий устойчивого и засухоустойчивого земледелия.