Исследование команды ученых из Университета Висконсина в Мэдисоне, опубликованное в журнале Current Biology, дает новое представление о том, как сеянцы сои распознают свет в окружающей среде и определяют стратегию своего роста, пишет Элиз Махон в релизе университета.
Ученые знали, что фоторецепторы помогают сеянцам определять, когда они достигли достаточного количества солнечного света, чтобы прекратить удлинять стебли и начать фотосинтез для производства энергии. Но до сих пор они не были уверены, где в проростках действуют эти фоторецепторы, и решили это выяснить окончательно.
«Впервые мы поняли, что действие этих фоторецепторов не распространяется по всему стеблю и что разные фоторецепторы контролируют разные области стебля», - объясняет Эдгар Сполдинг, почетный профессор ботаники в Университете Висконсин-Мэдисон.
Сполдинг вместе с докторантом Джулианом Бустаманте и ученым по данным Натаном Миллером изолировали эффекты определенных фоторецепторов посредством редактирования генетических манипуляций и сфотографировали рост крошечных прорастающих сеянцев с помощью высокочувствительных камер. Они проанализировали фотографии с помощью машинного обучения и высокопроизводительных вычислительных ресурсов университета, чтобы определить, где каждый фоторецептор контролировал рост на стебле.
Дружные всходы, или установление насаждения, подразумевает здоровое и раннее развитие растений, укореняющихся в почве, а также служит критическим показателем успешности урожая. Точное понимание того, как фоторецепторы способствуют этому уязвимому периоду роста, представляет большой интерес как для фермеров, так и для исследователей.
Для прорастания растение удлиняет свой стебель, чтобы пробиться сквозь почву, пока его фоторецепторы не обнаружат достаточно солнечного света, который позволит растению вырабатывать собственную энергию посредством фотосинтеза. До этого времени оно должно полагаться на ограниченный запас энергии и питательных веществ, хранящихся в его семени.
Иногда, после того как сеянцы появляются из почвы, они могут быть снова покрыты слоем грязи и почвы из-за ветра, осадков или других факторов. Без достаточного воздействия солнечного света фоторецепторы сигнализируют растению, что оно больше не может вырабатывать энергию посредством фотосинтеза. Но благодаря фоторецептору, называемому криптохром-1 (cry1), это не конец сеянца.
Сполдинг и его команда обнаружили, что ген cry1 не только контролирует удлинение верхней части стебля растения, но и играет роль в возвращении растения на солнечный свет.
Когда растение изначально прорастает, cry1 останавливает его от полного удлинения, сохраняя немного энергии и длины стебля в запасе. Таким образом, когда саженец снова засыпают, этот фоторецептор может подать растению сигнал удлинить стебель, пока он снова не окажется над землей.
Исследователи могли бы использовать эти новые знания для генетического изменения семян с целью усиления роли cry1, гарантируя уязвимым культурам резервную длину удлинения и энергию, необходимые им для повторного появления всходов в случае повторного закрытия почвой. Сполдинг надеется, что эта работа поможет сфокусировать будущие направления исследований инноваций в области растениеводства и создать устойчивые растения, дающие более прибыльный урожай.
Источник: University of Wisconsin-Madison. Автор: Элиз Махон.
Заглавное фото: Медведева Анна, AgroXXI.ru.
