Как корни отращивают волоски

Корни растений умеют многое: они растут в длину, чтобы достичь воды, могут изгибаться, чтобы обойти камни, и образуют тонкие корневые волоски, позволяя поглощать больше питательных веществ из почвы. Команда исследователей под руководством учёных из Технического университета Мюнхена (TUM) определила важный регулятор этого процесса.

Если лесной пожар уничтожает крупные растения, семена так называемых «последователей огня» получают шанс: у них есть рецепторный белок, который может «чувствовать запах» определённых молекул, образующихся в дыме сгоревшего растительного материала, — так называемых каррикинов. Белок-рецептор KAI2 запускает каскад сигналов, заставляя семена прорастать.

Команда под руководством Каролины Гутьяр, профессора генетики растений в TUM School of Life Sciences Weihenstephan, обнаружила, что он также играет важную роль в регуляции роста корней.

Корневые волоски увеличивают площадь поверхности корня

Чтобы достичь большой площади поверхности для поглощения воды и питательных веществ, корни растений отращивают тонкие корневые волоски. Хосе Антонио Вильяэсиха-Агилар, аспирант в команде Каролины Гутьяр, обнаружил, что KAI2 необходим как для роста этих волосков, так и для роста корней вниз.

«Вероятно, это относится не только к резуховидке Таля (Arabidopsis), которая встречается почти повсеместно и используется нами в качестве модельного растения, — говорит Каролина Гутьяр, — но, возможно, и для многих других растений, например, зерновых культур».

Молекулы дыма стимулируют рост корневых волосков

Чтобы проверить гипотезу, команда исследователей подвергла молодые растения арабидопсиса воздействию молекул каррикинов, содержащихся в дыме. Это действительно значительно усилило рост корневых волосков.

«Наши результаты также интересны с точки зрения эволюции, — говорит Каролина Гутьяр. — Вероятно, изначально KAI2 отвечал за контроль определённых процессов развития у всех растений, таких как формирование корневых волосков и подобных структур, в ответ на пока неизвестный растительный гормон. В ходе эволюции семян, активируемых огнём, KAI2, предположительно, приобрёл дополнительную функцию — обнаружение дыма».

Применение в селекции растений

Эти открытия не только углубляют понимание работы растений, но и могут быть важны для будущего устойчивого сельского хозяйства.

«С этим новым и лучшим пониманием того, какие молекулярные механизмы играют роль в развитии корней и корневых волосков, мы можем выводить растения, которые лучше поглощают питательные вещества и воду из почвы, — говорит Каролина Гутьяр. — Это, например, может помочь сельскохозяйственным культурам выдерживать более длительные периоды засухи, которые могут участиться в будущем».