Наряду с перераспределением сахара основной молекулярный механизм внутри растений контролирует образование новых боковых корней. Международная группа биологов растений продемонстрировала, что в его основе лежит активность определенного фактора, мишени белка рапамицина (TOR). По словам руководителя исследовательской группы профессора доктора Алексиса Майзела из Центра исследований организмов Гейдельбергского университета, лучшее понимание процессов, регулирующих разветвление корней на молекулярном уровне, может способствовать улучшению роста растений и, следовательно, урожайности. Результаты опубликованы в журнале EMBO.
Хороший рост корней гарантирует, что растения могут поглощать достаточное количество питательных веществ и расти, что способствует их общему состоянию. Для этого они должны согласовать доступные ресурсы метаболических процессов со своими программами генетического развития. Растения связывают углекислый газ (CO 2) из атмосферы своими листьями и превращают его в простые сахара посредством фотосинтеза. В виде фруктозы и глюкозы эти простые сахара также выделяются в корнях, где они стимулируют рост и развитие растения.
Команда профессора Майзеля использовала кресс-салат Arabidopsis thaliana, модельное растение в исследованиях растений, чтобы изучить, как этот процесс происходит на молекулярном уровне. Их исследования сосредоточены на том, какую роль играет глюкоза в формировании боковых корней.
«Мы знаем, что, помимо растительных гормонов, сахар из побегов также выделяется в корнях, но как растение узнаёт, что ресурсы сахара доступны для формирования боковых корней, до сих пор неясно», — объясняет доктор Майкл Стиц, исследователь. исследователь в команде Алексис Мейзел.
Исследования на уровне метаболизма показали, что арабидопсис образует боковые корни только при расщеплении глюкозы и расходовании углеводов в перицикле — самом внешнем клеточном слое главного корневого цилиндра. Этот процесс контролируется на молекулярном уровне белком-мишенью рапамицином. Этот фактор контролирует критические сигнальные сети и метаболические процессы у растений, а также у животных и человека. Его активность регулируется взаимодействием факторов роста, таких как растительный гормон ауксин, и питательных веществ, таких как сахар.
Используя арабидопсис, исследователи обнаружили, что TOR становится активным в клетках перицикла только тогда, когда там присутствует сахар. Затем так называемые клетки-основатели образуют боковые корни посредством клеточного деления.
Профессор Мейзел говорит: «TOR берет на себя своего рода роль привратника: когда растение активирует программу генетического роста, отвечающую за формирование корней с помощью гормона ауксина, TOR проверяет, достаточно ли ресурсов сахара для этого процесса».
TOR действует, контролируя трансляцию определенных ауксин-зависимых генов, блокируя их экспрессию, если ресурсов сахара недостаточно. Когда исследователи подавляли активность TOR, боковые корни не образовывались. «Это говорит о том, что задействован фундаментальный молекулярный механизм», — утверждает биолог из Гейдельберга.
В то же время исследователи показали, что TOR по аналогичному механизму контролирует образование корней из других тканей растения — так называемых придаточных корней. По словам профессора Майзеля, результаты их исследований также могут представлять интерес для сельскохозяйственных приложений. «Потенциально их можно использовать для разработки новых стратегий роста растений, оптимизированных для различных условий окружающей среды и повышения урожайности», — говорит исследователь.
