Исследование: корни растений используют химические "снимки" для координации роста

Сеть переплетающихся корней в почве — не хаотичный процесс. Новое исследование под руководством Флоридского технологического института показывает, что рост корней направляется химическими "снимками", которые делают молодые корни, позволяя им обнаруживать препятствия и координировать свои пути.

Корни конкурируют за ресурсы и делятся ими с соседними корнями и миллиардами микробов. Однако до сих пор было мало известно о том, как растения координируют строительство этих сложных подземных систем.

Новая статья "Redox-mediated Quorum Sensing in Plants", публикация которой запланирована на 13 сентября в PLOS ONE, основана на совместной работе учёных из Флоридского технологического института, Университета Эмори и Университета Ричмонда. Она отвечает на фундаментальные вопросы о координации роста и развития растений в почве.

Поскольку те же реакции, что задействованы в росте корней, растения используют и для борьбы с инфекциями, эти открытия могут значительно улучшить понимание иммунитета растений и привести к существенному повышению урожайности культур.

"Оказывается, растения используют химию для создания высокоточного "дорожной карты" на пути конкретного корня — ту же химию, которую люди когда-то применяли для создания чёрно-белых фотографий", — сказал Эндрю Палмер, доцент биологических наук во Флоридском технологическом институте и руководитель исследовательской группы.

В частности, соединения, известные как хиноны, встречаются как в традиционной фотографии, так и в корнях растений. Они критически важны для проявления чёрно-белых снимков, поскольку увеличивают количество частиц серебра, осаждаемых на фотобумаге, создавая чёткое изображение в процессе окисления.

Согласно новому исследованию, эти хиноны генерируются, когда молодой корень растёт вблизи более зрелого. Производство этих соединений затем усиливается в процессе, аналогичном проявке фотографий, предоставляя "снимок" соседнего корня.

Работая с модельным растением Arabidopsis thaliana, студенты-исследователи подтвердили наличие мощного окислителя на растущих кончиках корней. Этот окислитель реагирует с материалами на поверхности зрелого корня, производя хиноны. Эти соединения, в свою очередь, стимулируют выработку большего количества окислителя, создавая усиленный сигнал — подобный снимку — прямо перед молодым корнем, предупреждая его о зрелом корне и растении, к которому он принадлежит.

Аспиранты показали, что гидрохиноноподобные соединения подавляют удлинение молодых корней и, таким образом, могут помогать вновь растущим корням избегать препятствий или конкуренции.

"На поле, полном растущих растений, нет центрального планировщика. Растениям приходится избегать столкновений в каждом конкретном случае, и мы наконец-то раскрываем стратегии, которые делают это возможным", — сказал Палмер. — "Возможно, что ещё важнее, растения могут использовать этот же химический процесс, чтобы получить "снимок" потенциальных инфекций".