Растения-лозоходцы: ученые узнали, как рис и кукуруза ищут воду в засуху
Ученые выяснили, как растения адаптируют корневую систему в условиях засухи, чтобы глубже врастать в почву и получать доступ к глубинным запасам воды.
Ботаники и агрономы из Ноттингемского университета в сотрудничестве с Шанхайским университетом Цзяо Тонг выяснили, каким образом абсцизовая кислота (АБК), растительный гормон, известный своей ролью в выживании растений во время засухи, влияет на направление роста корней сельскохозяйственных культур, таких как рис и кукуруза. Результаты были опубликованы в журнале Current Biology.
В исследовании показано, как АБК и ауксин, еще один ключевой растительный гормон, взаимодействуют, формируя угол роста корней. Это может обеспечить аграриям оптимальную стратегию для выращивания засухоустойчивых культур и в целом дополнить наши знания об устройстве и функционировании корневой системы высших растений.
Засухи на фоне глобального потепления представляют собой серьезную угрозу продовольственной безопасности, и повышение способности сельскохозяйственных культур противостоять нехватке воды имеет огромное хозяйственное значение. Сухой климат является основным абиотическим фактором стресса для растений. Учитывая прогнозируемую численность населения в 10 миллиардов человек к 2050 году и серьезное истощение запасов пресной воды, выращивание засухоустойчивых культур становится трендом растениеводства.
Растения в активном поиске воды полагаются на свою корневую систему, основной орган, взаимодействующий с почвой. В нормальных условиях корни разрастаются вширь. Но в условиях засухи запасы воды в верхнем слое почвы истощаются. Вода остается доступной только в более глубоких слоях.
Исследователи обнаружили механизм, за счет которого АБК стимулирует выработку ауксина, который в свою очередь усиливает гравитропизм корней, позволяя им расти под более острым углом к вертикали в ответ на снижение влажности почвы. Эксперименты показали, что растения с генетическими мутациями, которые блокируют выработку АБК, имели углы наклона корней к вертикали больше 45° и более слабую реакцию корней на изгиб под действием силы тяжести по сравнению с контрольными растениями без мутаций.
Иными словами, при низком уровне ауксина в корнях растения не желали зарываться в землю и имели шанс погибнуть от жажды. Добавляя ауксин извне, исследователи восстановили вертикальный рост корней у мутантов, показав, что именно ауксин, синтез которого «подстегнут» АБК, играет ключевую роль в активизации поиска воды.
Результаты были одинаковыми как для риса, так и для кукурузы, что позволяет предположить, что этот механизм может быть применим и к другим культурам.
Доктор Рахул Бхосал, доцент Школы биологических наук, один из ведущих авторов исследования: «Поиск путей решения проблемы отсутствия продовольственной безопасности имеет жизненно важное значение, и чем больше мы понимаем механизмы, которые контролируют развитие растений в обычных и экстремальных условиях, тем ближе мы подходим к разработке систем, которые помогут растениям справиться с засухой и дать хороший урожай вне зависимости от климатических условий».
Действие фитогормона абсцизовой кислоты не ограничено стимуляцией синтеза ауксина. Изначально АБК была открыта и изучена совсем в другом качестве — как замедлитель роста хлопчатника, благодаря которому у растения самопроизвольно отпадают листья и коробочки, что существенно ускоряет сбор урожая.
Недавно ученые определили опытным путем лучшее средство для уничтожения борщевика Сосновского.
