Растения получают воду и питательные вещества из окружающей среды через специализированные поры. Исследователи из Женевского университета (UNIGE) пролили свет на малоизвестный, но важный для нормального функционирования растений механизм: направленность транспорта питательных веществ в корнях. Команда учёных продемонстрировала, что по мере развития корня транспорт становится однонаправленным. Это открытие подчёркивает ключевую роль пор, соединяющих растительные клетки, и открывает перспективы для повышения устойчивости растений к засухе. Результаты исследования опубликованы в журнале Molecular Plant.
Корни играют важнейшую роль в поглощении воды и питательных веществ, необходимых для роста, развития, размножения и продуктивности растений. Вода и питательные вещества из окружающей почвы сначала активно поглощаются наружным слоем корней — эпидермисом. Затем они должны пройти через несколько концентрических слоёв клеток, чтобы попасть в центральные сосудистые ткани, которые распределяют эти элементы по всему растению через сок.
Корень состоит из отдельных структур: эпидермиса, коры, эндодермы и сосудистых тканей. Более века учёные предполагали, что вода и питательные вещества проходят через эти слои через плазмодесмы — микроскопические поры, которые соединяют клетки растений и образуют каналы для обмена молекулами. «Хотя это широко известно, прямых доказательств не было. Мы хотели проверить это предположение экспериментальным путём», — объясняет Мари Барберон, профессор кафедры растениеводства.
Лаборатория изучила, как регулируется поглощение питательных веществ в процессе развития корней и дифференциации клеток. С помощью небольших флуоресцентных молекул (GFP — зелёный флуоресцентный белок) команда отследила, как вещества перемещаются через плазмодесмы в Arabidopsis thaliana, модельном виде растений. В молодых корнях, где клетки ещё не полностью специализированы (до формирования сосудистых тканей), молекулы GFP могут свободно перемещаться в обоих направлениях — от внешних слоёв к внутренним и наоборот.
«Но в зрелых корнях транспорт становится однонаправленным — строго от периферии к центральным сосудам», — объясняет Леа Жакье, автор исследования. «Молекулы GFP, помещённые во внешние слои, позже были обнаружены в более глубоких тканях, но не наоборот. Это неожиданно, но это отражает оптимизированную систему, которая обеспечивает эффективное поступление необходимых ресурсов в сосудистые ткани», — добавляет исследователь.
Чтобы понять, что контролирует односторонний транспорт, учёные искали генетических мутантов, которые могли бы осуществлять двустороннее движение. Был выявлен мутант под названием sesame, у которого плазмодесмы были аномально широкими. Это говорит о том, что размер пор играет ключевую роль в обеспечении одностороннего потока. Хотя у мутантов sesame при оптимальных условиях роста наблюдались лишь незначительные нарушения в усвоении питательных веществ, они были гораздо более устойчивыми к засухе. После двух недель без воды лишь несколько обычных растений возобновили рост после полива, а большинство растений sesame быстро восстановились.
«Мы пока точно не знаем, как именно эти растения лучше справляются с засухой, — говорит Леа Жакье, — но наши результаты показывают, что понимание механизмов межклеточного транспорта может помочь в выращивании культур, которые более эффективно поглощают питательные вещества или устойчивы к нехватке воды. Это критически важный вопрос для сельского хозяйства в условиях изменения климата».
[Фото: © Fiorenza, UNIGE]
