Новый инструмент открывает беспрецедентные возможности для изучения корней

Корни растений — это удивительные органы, которые не только закрепляют растение в почве, но и являются самыми эффективными в мире «добывающими компаниями». Они живут в темноте, управляют деятельностью других органов и взаимодействуют с окружающей средой. Чарльз Дарвин предполагал, что корневая система действует как мозг растения.

Исследования этих скрытых частей всегда отставали из-за сложности доступа к живой корневой ткани в неповреждённых растениях. Однако новая технология, разработанная совместно Институтом Карнеги и Стэнфордским университетом, может революционизировать эту область. Результаты будут опубликованы в декабрьском номере журнала The Plant Cell.

Понимание работы корней критически важно для физиологии растений, так как они служат интерфейсом между растением и почвой, отвечая за поглощение воды и необходимых минеральных питательных веществ. Корни должны быстро реагировать на различные условия среды, такие как доступность воды, находить питательные вещества, противостоять засолению и закислению почвы, а также интегрировать разнообразные сигналы, включая свет и гравитацию. Анализ всех этих аспектов крайне сложен из-за недоступности корней в почве.

Новая технология под названием RootChip позволила исследовательской команде одновременно изучать корни восьми отдельных проростков, с беспрецедентной точностью изменяя условия их роста — как одновременно, так и независимо друг от друга. Оптические сенсоры, разработанные и внедрённые в корневую ткань командой Вольфа Фроммера, позволили в реальном времени наблюдать, как корни реагируют на изменения в уровне снабжения питательными веществами.

«Этот новый инструмент представляет собой крупный прорыв для изучения биологии корней на клеточном и субклеточном уровне, — сказал Вольф Фроммер. — Условия роста можно свободно варьировать в течение нескольких дней, что позволяет нам наблюдать за фактическим ростом и развитием корней и корневых волосков, а также использовать наши оптические биосенсоры для изучения усвоения питательных веществ и секвестрации углерода в реальном времени».

RootChip смог отследить реакцию корней на изменение уровня сахара глюкозы в окружающей среде. Как и предполагалось, рост корней замедлялся, когда листья не подвергались воздействию света, поскольку фотосинтез в листьях необходим для снабжения энергией роста корней. RootChip также подтвердил давно предполагаемый факт, что галактоза — сахар, очень похожий на глюкозу, — токсична для корней и подавляет их рост и функцию.

RootChip является универсальным инструментом и может быть адаптирован для тестирования любого аспекта физиологии корней, который можно анализировать визуально. Его легко модифицировать для одновременного изучения более 30 проростков, а также можно расширить для работы с растениями, используемыми для производства биотоплива, такими как Brachypodium и щетинник.