Ученые из Хельсинкского университета выяснили, как растения восстанавливают свой защитный внешний слой — перидерму. Диффузия этилена и кислорода через рану запускает процесс восстановления. Это открытие может помочь повысить устойчивость сельскохозяйственных культур и сохранить продукты питания.
Все живые организмы полагаются на защитные барьерные ткани, которые ограждают их от воздействия окружающей среды. У растений эту роль играет перидерма, образующая жёсткий внешний пробковый слой, который помогает предотвратить потерю влаги и блокирует проникновение вредных микробов, например в кожуру картофеля и кору деревьев. Но что происходит, когда этот защитный слой повреждается? Новое исследование Хельсинкского университета, опубликованное в журнале Nature, было проведено на модельном растении Arabidopsis thaliana и показало, что растения используют диффузию газов в качестве сигнала для обнаружения повреждений и запуска регенерации.
Исследовательская группа под руководством профессора Ари Пекки Мяонена с факультета биологических наук обнаружила, что неповрежденная перидерма практически непроницаема для газов, в результате чего газообразный этилен, растительный гормон, накапливается внутри тканей растения, в то время как объем кислорода уменьшается из-за нормального роста. Однако, когда перидерма повреждена, динамика меняется: этилен выходит наружу, и кислород поступает через место повреждения. Эти изменения действуют как предупреждающие сигналы, которые запускают растение к началу регенерации перидермы. Как только новый барьер сформирован, диффузия газов снова останавливается. Это приводит к накоплению этилена и истощению запасов кислорода, что сигнализирует о том, что регенерация прекратится и возобновится нормальный рост.
«Сначала мы выяснили роль этилена в регенерации. Затем определили роль кислорода. Это открытие демонстрирует удивительно простую, но эффективную стратегию, которую используют растения для отслеживания повреждений», — объясняет доктор Хироюки Иида, ведущий научный сотрудник этого проекта. Диффузия газов через рану — это не просто следствие повреждения, это сигнал, запускающий процесс заживления.
Понимание того, как запускается регенерация перидермы, поможет повысить устойчивость таких культур, как картофель, морковь и фрукты. Повреждение барьера может привести к потере влаги, уязвимости перед болезнями и, в конечном счёте, к порче продуктов. Усилив естественную систему восстановления растений, учёные смогут повысить выживаемость культур, сократить количество пищевых отходов после сбора урожая и помочь растениям лучше переносить неблагоприятные условия окружающей среды, например засуху.
В то время как глобальные продовольственные системы сталкиваются с растущим давлением из-за изменения климата и роста населения, это исследование открывает новые возможности для повышения устойчивости сельского хозяйства. «Усиление способности барьерных тканей к регенерации может кардинально изменить ситуацию с хранением продуктов и устойчивостью растений», — заключает Мяонен.
