Ученые выяснили, как растения адаптируют свои корневые системы в условиях засухи, чтобы углубляться в почву и получать доступ к более глубоким запасам воды.
Ученые-биологи из Ноттингемского университета в сотрудничестве с коллегами Шанхайского университета Цзяо Тун определили, как абсцизовая кислота, растительный гормон, известный своей ролью в реакции на засуху , влияет на углы роста корней у зерновых культур, таких как рис и кукуруза. Результаты были опубликованы в Current Biology.
Исследование подчеркивает, что абсцизовая кислота и ауксин, еще один ключевой гормон, работают вместе, формируя угол роста корней, что предлагает потенциальную стратегию для разработки засухоустойчивых культур с улучшенной архитектурой корневой системы.
Засуха угрожает глобальной продовольственной безопасности, и повышение способности культур противостоять нехватке воды очень важна.
Засуха, основной абиотический стрессор, привела к существенным потерям в производстве сельскохозяйственных культур на сумму около 30 миллиардов долларов за последнее десятилетие. С прогнозируемым населением в 10 миллиардов к 2050 году и серьезным истощением пресной воды, разработка засухоустойчивых культур имеет первостепенное значение.
Растения полагаются на свои корневые системы, основные органы взаимодействия с почвой, для активного поиска воды. В условиях засухи вода часто истощается в верхнем слое почвы и остается доступной только в более глубоких подпочвенных слоях. Абсцизовая кислота играет важную роль в адаптации растений к этим сложным условиям.
Это исследование дает новое понимание того, как абсцизовая кислота изменяет углы роста корней, чтобы растения могли достигать более глубоких подпочвенных слоев в поисках воды.
Исследователи обнаружили новый механизм, при котором абсцизовая кислота способствует выработке ауксина, который усиливает гравитропизм корней, позволяя им расти под более крутыми углами в ответ на засуху.
Эксперименты показали, что растения с генетическими мутациями, блокирующими выработку кислоты, имели более пологие углы корней и более слабую реакцию изгиба корней на гравитацию по сравнению с нормальными растениями. Эти дефекты были связаны с более низким уровнем ауксина в их корнях. Добавляя ауксин извне, исследователи восстановили нормальный рост корней у этих мутантов, показав, что ауксин является ключом к этому процессу.
Результаты оказались одинаковыми как для риса, так и для кукурузы, что позволяет предположить, что этот механизм может применяться и к другим зерновым культурам.
Доктор Рахул Бхосал, доцент Школы биологических наук и один из ведущих авторов исследования, сказал: «Поиск способов поддержки продовольственной безопасности имеет жизненно важное значение, и чем больше мы понимаем механизмы, контролирующие рост растений, тем ближе мы к разработке систем, которые помогут растениям повышать урожайность во время засух».
Источник: University of Nottingham.
На заглавном фото вы видите корневую систему растения с достаточным водоснабжением (слева) и с недостаточным (справа), фото показывает изменение угла наклона корней, делающее архитектуру более крутой. Источник: University of Nottingham.