Сухие дни заставляют листья посылать неожиданный сигнал роста корням
Ученые из Sainsbury Laboratory Cambridge University (SLCU) обнаружили новый молекулярный сигнальный путь, который активируется при низкой влажности воздуха для листьев и заставляет корни растений продолжать рост в поисках воды.
В сухой почве растения производят гормон стресса засухи — абсцизовую кислоту (ABA), чтобы сохранить воду. Десятилетиями считалось, что в ответ на сухую почву ABA синтезируется в корнях и транспортируется к листьям (сигналинг от корней к побегу), где закрывает устьица. Однако новое исследование показало, что при воздействии сухого воздуха (низкой влажности) на листья, они посылают сигнал в обратном направлении — к корням, также используя ABA, — чтобы стимулировать их рост. Это удивительно, поскольку ABA традиционно считается ингибитором роста, а не его промотором.
Этот сигналинг от побега к корню потенциально помогает растению искать воду глубже в почве, повышая шансы на выживание. Сигнал при низкой влажности может служить ранним предупреждением о будущем дефиците воды.
Открытие, опубликованное в Nature Plants, стало возможным благодаря разработке биосенсора нового поколения ABACUS2.
Инженерные биосенсоры для детекции гормонов в живых растениях
Группа Александра Джонса создает in vivo биосенсоры, позволяющие визуализировать и измерять динамику гормонов с высоким разрешением. Совместно с Матьё Гранже-Герментом они использовали пекарские дрожжи (Saccharomyces cerevisiae) для инженерии улучшенной версии биосенсора ABACUS1. Полученный биосенсор ABACUS2, основанный на FRET, способен детектировать динамические уровни ABA как in vitro, так и в клетках, тканях и целых проростках растений, позволяя количественно определять низкие концентрации ABA в отдельных клетках.
«Мы знали, что при низкой влажности растения поддерживают рост корней. ABACUS2 позволил нам измерить концентрации ABA на клеточном уровне у проростков Arabidopsis thaliana. Мы увидели, что когда листья испытывают стресс от сухого воздуха, ABA накапливается в кончиках корней. Листья реагируют на сухой воздух и говорят корням продолжать расти, что позволяет растениям продолжать поиск воды в более глубоких слоях почвы», — пояснил первый автор исследования доктор Джеймс Роу.
Ключевую роль играет концентрация ABA: правильное количество поддерживает рост корней, но ее избыток останавливает его.
«Корневая ABA поступает из флоэмы, которая транспортирует сахара и гормоны из побега и разгружается в кончике корня. Сигналинг ABA может тонко настраивать рост корней в зависимости от влажности», — сказал доктор Александр Джонс. — «Низкая влажность у листьев регулирует накопление ABA в корнях, и наоборот, низкая влажность почвы у корней регулирует ABA в листьях. Это указывает на то, что корень и побег могут системно регулировать реакции друг друга на стрессы, которые могут ощущаться только локально, обеспечивая надежную систему для преодоления водного стресса».
Это фундаментальная информация, полезная для понимания физиологических изменений у сельскохозяйственных культур, выращиваемых при орошении, когда воздух может быть сухим, а корни растут во влажной почве — условие, становящееся все более распространенным из-за изменения климата.
Роу предполагает, что в процессе могут быть задействованы два сигнала, и будущие исследования будут направлены на идентификацию сигналинга между листьями и корнями при стрессе от засухи и низкой влажности.