Как пресноводные растения выживают и в воде, и на суше?

Водно-болотные угодья очень чувствительны к изменениям гидрологического режима, например, к снижению уровня воды во время засух. В ответ на это многие водные растения могут становиться амфибиями, формируя морфологически, структурно и физиологически отличные надводные формы роста.

Potamogeton wrightii morong — гетерофильное растение, которое растёт в основном в пресной воде, а иногда и на суше, образуя наземные побеги. Летом растения P. wrightii, растущие на мелководье у берегов озёр, часто оказываются на воздухе и формируют новый набор наземных листьев, хорошо развиваясь как наземное растение в течение нескольких недель.

Исследователи из Уханьского ботанического сада Китайской академии наук (CAS) всесторонне изучили морфологическую структуру, физиологические функции и молекулярную регуляцию у P. wrightii, чтобы раскрыть механизмы адаптации фотосинтетического метаболизма к водной и наземной средам.

Результаты исследования:

• В наземной среде воздушные листья P. wrightii были толще, с большим количеством кутина и воска, у них развивались устьица, была выше устойчивость к сильному свету и больше фотохимическая эффективность.
• В водной среде погружённые листья обладали большей способностью использовать HCO₃^- и синтезировать фотосинтетические пигменты.

Кроме того, транскриптомный анализ показал, что P. wrightii адаптируется к водной и наземной средам, регулируя морфологию и анатомическую структуру листьев и настраивая фотосистемы. Это происходит за счёт повышения/снижения экспрессии генов, связанных с биосинтезом кутина и воска, фотосистемами I (PSI) и II (PSII), а также внешними светособирающими хлорофилл-белковыми комплексами.

Это исследование даёт новое понимание способности водных растений выживать при колебаниях уровня воды. Эта способность может быть обусловлена их генотипом, сформировавшимся в ходе эволюции от наземных растений, и их фенотипической пластичностью.