Почему корни растений перестают расти в тени: новое исследование

 Когда растение оказывается в слишком сильной тени, оно перенаправляет свои ресурсы на свет. Урожайность и развитие корней останавливаются, поскольку растение старается расти выше, стремясь подняться над соседями, чтобы получить доступ к солнцу.

«Избегание тени — жизненно важная стратегия выживания для организма, который зависит от фотосинтеза, но это также проблема для фермеров», — объяснил доцент лаборатории Cold Spring Harbor (CSHL) Уллас Педмале. По его словам, такой эволюционный механизм ограничивает плотность, с которой производители могут сажать свои культуры, и, таким образом, ограничивает урожайность.

«Из-за скопления растений возникает конкуренция за солнечный свет, поэтому они могут вырасти выше, чем нужно», — добавил Педмале. «Растения вкладывают всю эту энергию, чтобы попытаться вырасти выше, и происходит это за счет фруктов и биомассы, от которой зависит хозяйство. Кроме того, этот процесс идет за счет корней, поэтому они прекращают расти».

Исследователи десятилетиями изучали реакцию растений на тень в надежде найти способы помочь растениям процветать при более высокой плотности высадки. Большая часть этих исследований была сосредоточена на изменениях стеблей и листьев, но команда Педмале хотела знать, что происходит под землей, когда растение лишено света. Это насущная проблема, потому что растения без развитой корневой системы более уязвимы к засухам, наводнениям и ураганам — угрозам, которые становятся все более распространенными из-за изменения климата.

Используя растения томатов и модельное растение арабидопсис, доктор-исследователь Даниэле Росадо и другие члены команды Педмале сравнили корни саженцев, выращенных при полном незатененном свете, с более короткими, менее развитыми корнями растений, выращенных в тени. Они обнаружили, что сотни генов, которые растения используют для ответа на стресс, были включены в растениях, выращенных в тени, включая десятки генов, которые кодируют белки, называемые WRKY, которые регулируют экспрессию генов.

Чтобы подтвердить, что они ограничивают рост корней, команда Педмале генетически модифицировала растения, в которых определенные гены WRKY оставались очень активными независимо от условий. Ученые обнаружили, что у растений с высоким уровнем определенных белков WRKY растут такие же слабые, плохо развитые корни, что и у растений, выращиваемых в тени, даже при большом количестве света. Стебли же растения, напротив, росли нормально. Кроме того, оказалось, что растительный гормон этилен (необходимый для созревания плодов) также может участвовать в реакции корней на оттенок.

Педмале надеется, что раскрытие роли этих белков в избегании тени поможет исследователям вывести лучшие высокоурожайные растения: такие, которые могут процветать в более тесных условиях, выдерживать экстремальные погодные условия и, возможно, даже уменьшать глобальное потепление, выводя углекислый газ из воздуха в атмосферу с помощью разветвленной корневой системы.