Умный «переключатель» в растениях позволяет им перенаправлять корни для поиска воды

Учёные обнаружили быстрый молекулярный переключатель в корнях растений, который позволяет им обнаруживать сухую почву и перенаправлять рост корней для поиска воды. Это открытие может помочь в создании устойчивых к засухе культур и решении будущих проблем продовольственной безопасности.

Корни обычно ветвятся в ответ на влажность почвы, добывая воду и питательные вещества. Однако, когда растущий корень теряет контакт с влажной почвой, он временно останавливает образование боковых ответвлений. Эта умная реакция помогает растениям перенаправлять рост корней в области с большей доступностью воды.

В этом исследовании, проведённом учёными из Ноттингемского университета в сотрудничестве с Даремским университетом, был выявлен быстрый сигнальный механизм, позволяющий корням растений обнаруживать и реагировать на условия сухой почвы.

Исследование, опубликованное в Science, показывает, что эта адаптивная реакция запускается быстрым увеличением активных форм кислорода (АФК) в кончиках корней. АФК действуют как сигналы стресса, указывая корням, что они вошли в сухую зону.

Команде удалось показать, как АФК взаимодействуют со специфическим белком и гормоном в растении, регулирующими рост и развитие, и как это взаимодействие может быть нарушено, причём белок служит молекулярным переключателем, интегрирующим сигналы об экологическом стрессе с гормональным контролем для формирования архитектуры корня.

Доктор Пунам Мехра, научный сотрудник BBSRC Discovery из Школы биологических наук Ноттингемского университета, руководила исследованием. Она сказала: «Это быстрый и эффективный механизм, который позволяет растениям ощущать водный стресс и реагировать почти мгновенно, позволяя им сохранять ресурсы и оптимизировать рост корней в ответ на окружающую среду».

Профессор Малкольм Беннетт из Ноттингемского университета добавил: «Эта работа показывает, как один белок может действовать как высокочувствительный сенсор, связывающий восприятие стресса растением с решениями о росте. Это открывает захватывающие возможности для создания сельскохозяйственных культур, лучше адаптированных к условиям с ограниченным водоснабжением».

Этот прорыв является шагом вперёд не только в фундаментальной науке о растениях, но и имеет важные последствия для глобальной продовольственной безопасности. Поскольку засухи становятся более частыми и суровыми из-за изменения климата, понимание того, как корни реагируют на водный стресс, жизненно важно для создания культур, способных выживать в более суровых условиях.

Это знаковое исследование было проведено в партнёрстве с семью другими учреждениями в Великобритании и Европе, объединив опыт в области молекулярной биологии, структурной биологии и передовых технологий визуализации.