Растения останавливают рост корней в плодородной почве

Ученые из нескольких университетов Франции, Бельгии, Чехии и Швеции под руководством Габриеля Кроука (Gabriel Krouk) из Нью-Йоркского университета на примере резуховидки Таля расшифровали механизм, с помощью которого растения меняют архитектуру своих корней – развивают главный или боковые корни.

Ресурсов всегда мало

Бактерии, грибы и растения получают почти все минеральные элементы из почвы. Проблема состоит в том, что их количество все время меняется. Организмы, к счастью, привыкли к такому непостоянству и адаптировались к нему.

«Как правило, питательных веществ в среде всегда не хватает. Это, к сожалению, правило природы», -- говорят авторы работы. Организмы справляются с этим при помощи всевозможных систем регуляции или сенсорных систем, регистрирующих наличие, доступность и количество питательных веществ в среде. «Такие сенсорные системы ученые находят в основном у бактерий. У эукариот такие системы, способные оценивать количество питательных элементов в среде, есть у дрожжей (Saccharomyces cerevisiae). Причем у них сигнальные системы связаны еще и с транспортом ионов через мембраны», -- пишут авторы работы.

Гены, провоцирующие рост боковых корней

Как растения определяют количество питательных элементов в среде, по словам авторов работы, практически ничего не известно. Впрочем, одна зацепка все-таки существует. Совсем недавно биологам удалось найти в нескольких видах растений семейство генов NRT -- переносчиков нитратов. «Нитраты – это не только необходимый элемент питания многих высших растений (азот, который входит в состав нитратов, используется растением для построения клеток и синтеза хлорофилла). Это еще и сигнальные молекулы, способные регулировать метаболизм растений и их рост. Сигнальный эффект иона NO₃^- проявляется, например, в развитии боковых корней растений, что мы выяснили совсем недавно», -- говорит доктор Кроук.

Чтобы понять, как растение регулирует процесс, ученые исследовали мутантные растения, у которых отсутствовал ген NRT1. Так они выяснили, какие процессы отсутствуют, а какие протекают в этом случае. А потом посмотрели, как работают те же системы у нормальных растений при разных концентрациях нитратов в среде.

Регулировщик NRT1

«Мы пришли к выводу, что ген NRT1 не только переносит нитраты. Он еще и регулирует транспорт растительного гормона роста -- ауксина. Известно, что ауксин в том числе влияет и на рост боковых корней. Мы считаем, что ген регулирует рост корней при помощи нитрат-зависимого перераспределения ауксина между корнями и надземными органами растений», -- говорит доктор Кроук.

По словам ученых, при недостатке в почве нитратов ген NRT1 не дает ауксину накопиться в боковых корнях. Поэтому их рост останавливается. Начинается развитие главного корня. При достаточном количестве нитратов в почве ген препятствует уже транспорту ауксина в надземные органы растения. Поэтому гормон накапливается в боковых корнях и провоцирует их рост. Ведь растению в этом случае выгоднее не углубляться в почву, а собрать как можно больше нитратов в том месте, где они точно есть.

Статья с результатами исследования ученых Nitrate-Regulated Auxin Transport by NRT1.1 Defines a Mechanism for Nutrient Sensing in Plants опубликована в последнем номере журнала Developmental Cell.