Иногда, чтобы увидеть корни, нужно смотреть вверх.
Корни обычно ассоциируются с вещами, которые обитают под землей, в сырости и темноте. Подумайте о репе, редьке и ямсе. Однако многие растения укореняются над землей. Плющ использует свои корни, чтобы взбираться на здания, а могучий фикус использует их для поддержки своих больших ветвей. Что заставляет растения образовывать корни, так сказать, «не в том месте»? Это было бы похоже на нас, людей, у которых ноги вырастают из плеч.
В исследовании, опубликованном в журнале Science, профессор Идан Эфрони из Еврейского университета в Иерусалиме и его команда обнаружили скрытый механизм, благодаря которому появляются воздушные корни. Разложив стебель на отдельные клетки, команда определила чрезвычайно редкие клетки, которые при некоторых условиях вызывают рост корней в воздухе.
«На первый взгляд, они похожи на другие растительные клетки, поэтому они так долго ускользали от обнаружения», — объяснил Эфрони. «Мы использовали новые методы для тщательного скрининга тысяч клеток, одной за другой. Мы знали, что, найдя клетки, которые могут образовывать корни, мы сможем найти «выключатель», который их включает».
Растения образуют корни из небольших органов, называемых меристемами. Тщательно изучив эти уникальные клетки, доктор Наама Гил-Яром, научный сотрудник лаборатории Еврейского университета в Иерусалиме, смогла поймать их в процессе создания меристемы и определить активные гены прямо в точке перехода. Особенно выделялся один ген, и когда исследователи использовали инструмент CRISPR для удаления этого гена, растения потеряли способность образовывать воздушные корни.
Когда Эфрони и его команда изучали геном, их ждал сюрприз. Рядом с геном, который контролировал образование воздушных корней, находился очень похожий ген. «Из предыдущих исследований мы сразу же узнали в нем ген, контролирующий образование подземных корней», — поделился Эфрони. «Я помню, как подумал, что мы только что наткнулись на центральный узел, контролирующий образование корней». Действительно, когда исследователи отключили все эти гены, у растений вообще не было корней.
Проследив эволюцию этих генов, команда обнаружила, что многие основные сельскохозяйственные культуры, такие как сладкий картофель, фасоль, помидоры, рис, кукуруза и пшеница, разделяют эту двойную систему контроля корней.
«Способность пускать воздушные корни очень полезна для растения. В случае затопления или повреждения подземных корней растение может отрастить воздушные корни и пережить бедствия», — объяснил Эфрони. Растения рано развили эту способность и никогда не забывали, как это делать.
Тем не менее то, что полезно в природе, может оказаться недостатком в сельском хозяйстве. Многие растения привиты, то есть имеют корневую систему одного растения и надземную систему другого. Это позволяет фермерам выращивать растения, устойчивые к почвенным болезням. Однако, если в верхней части привоя вырастет воздушный корень, он будет обходить устойчивость к почвенным болезням и сделает все усилия по прививке бесполезными. Однако благодаря открытию Эфрони и его команды мы знаем, на какие гены нацеливаться, и можем создавать растения без воздушных корней, что делает практику прививки намного более эффективной.
Забегая вперед, группа планирует изменить код ДНК в кластере корневого управления, чтобы создать кастомизированные надземные и подземные корневые системы. Как заключил Эфрони, «здесь, в Израиле, чтобы максимально использовать землю, которая у нас есть, нам необходимо оптимизировать способ выращивания наших продовольственных культур и использование ресурсов. Выполнение этого является пугающей и сложной задачей, но шаг за шагом, мы приближаемся к ней».
Источник: Phys.org
