Растения томатов используют свои корни для распределения воды во время засухи
В мире, где климат становится все более непредсказуемым, понимание того, как растения адаптируются и выживают, приобретает решающее значение.
Новое исследование Калифорнийского университета в Дэвисе проливает свет на то, как растения томатов используют свои корни для нормирования воды в условиях засухи, что знаменует собой значительный прогресс в сельскохозяйственных исследованиях и потенциальных стратегиях устойчивости культур.
Предмет исследования
Центральное место в этом открытии занимает вещество под названием суберин, водоотталкивающий полимер. Суберин играет важнейшую роль в том, как растения управляют водными ресурсами в условиях стресса.
Как правило, во время засухи корни растений вырабатывают суберин, чтобы блокировать поступление воды вверх к листьям. Этот механизм жизненно важен, поскольку вода, попадая на листья, быстро испаряется. Если сравнить это с открытым водопроводным краном, то без суберина растения понесли бы значительные потери воды.
Уникальная адаптация
Хотя суберин не является чем-то новым для ботаников, его производство в растениях томатов представляет собой уникальный случай. В большинстве растений суберин вырабатывается эндодермальными клетками во внутренних сосудах корня.
Однако у томатов исследователи обнаружили, что суберин вырабатывается в экзодермальных клетках, расположенных непосредственно под кожицей корня. Ранее это различие было недостаточно хорошо изучено.
Роль экзодермального суберина
Исследование проливает свет на роль экзодермального суберина в растениях томатов. Под руководством Шивон Брэди, профессора кафедры биологии растений и Центра генома Калифорнийского университета в Дэвисе, и постдокторанта Алекса Канто-Пастора команда продемонстрировала, что экзодермальный суберин выполняет ту же функцию, что и эндодермальный.
Исследование показало, что без этого защитного слоя растения томатов демонстрируют пониженную устойчивость к водному стрессу.
"Это добавляет экзодермальный суберин в наш арсенал средств, помогающих растениям дольше выживать и справляться с засухой", - говорит профессор Брэди.
"Это почти как пазл - если вы сможете выяснить, какие клетки имеют модификации, защищающие растение в сложных условиях окружающей среды, вы сможете начать задавать вопросы, например, если выстроить эти защитные механизмы один на другой, сделает ли это растение сильнее?"
Как проводилось исследование
Команда начала с выявления активных генов в корневых экзодермальных клетках растений томата. После этого с помощью редактирования генов были созданы мутантные штаммы, в которых отсутствовали определенные гены, участвующие в производстве суберина. В результате было выявлено семь генов, необходимых для отложения суберина.
Сфокусировавшись на двух генах, SIASFT и SlMYB92, исследователи провели эксперименты с засухой. Эти гены, один из которых является ферментом, а другой - фактором транскрипции, играют важнейшую роль в производстве суберина.
Ключевые открытия
Мутантные растения, лишенные генов, необходимых для производства суберина, демонстрировали повышенное увядание и стресс в условиях засухи по сравнению с обычными, хорошо поливаемыми растениями.
"В обоих случаях, когда у вас есть мутации в этих генах, растения подвергаются большему стрессу и не могут реагировать на засуху", - говорит Брэди.
Будущие направления
Установив эффективность суберина в контролируемой среде, следующим шагом станут полевые испытания. Профессор Брэди и ее команда намерены применить полученные знания для повышения устойчивости томатов к засухе, что может произвести революцию в сельскохозяйственной практике.
"Мы работаем над тем, чтобы использовать это открытие в полевых условиях и попытаться сделать томаты более устойчивыми к засухе", - говорит Брэди.
Исследование было поддержано Национальным научным фондом и Медицинским институтом Говарда Хьюза.
Исследование опубликовано в журнале Nature Plants.
