До сих пор не было ясно, как соль, являющаяся настоящим бедствием для сельского хозяйства, останавливает рост растений и их корневой системы. Команда исследователей во главе с Хосе Диненни и Линой Дуан из Института Карнеги обнаружила, что не все виды корневых систем в равной степени подвержены этому воздействию.
Они выяснили, что внутренний слой ткани ветвящихся корней, которые как раз и помогают растениям закрепляться в почве, особенно чувствителен к соли и именно он активизирует гормон стресса, который останавливает рост корней.
Результаты исследования, опубликованные в последнем номере журнала «The Plant Cell», позволяют понять ответную реакцию на стресс и, учитывая это, создать солеустойчивые культуры.
Соль накапливается на орошаемых территориях, так как при испарении воды содержавшаяся в ней соль остаётся в почве. По данным Организации Объединенных Наций засоленность оказывает своё влияние на культуры, произрастающие на приблизительно 200 миллионах акров (80 млн. га) пахотных земель и не только в развивающихся странах, но даже и в таких регионах, как Калифорния.
Как объясняет Диненни: «Важным и недостающим куском головоломки, который мог бы помочь понять, как растения справляются со стрессовыми средами, является знание того, где и когда факторы стресса оказывают своё влияние на рост».
Корни тесно связаны с окружающей их средой и обладают сложнейшей разветвленной сетью, которая позволяют им исследовать почву. Ветвящиеся корни растут горизонтально от главного корня и отвечают за всасывание воды и питательных веществ.
Ученые вырастили саженцы лабораторного растения, родственника горчицы (Arabidopsis), используя обычную систему визуализации, которая позволила им измерить динамику роста корня в зависимости от воздействия соли.
Возможность отслеживать рост корней в режиме реального времени позволила ученым заметить, что ветвящиеся корни перешли в состояние покоя, сразу же после того как была введена соль. Чтобы определить, как можно регулировать состояние покоя, Лина Дуан проверила реакцию растения на различные гормоны и обнаружила, что ключевой сигнальной молекулой является абсцизовая кислота.
Нам хорошо известно то, как животные используют стратегию «сражайся или беги» при встрече с внешними стрессогенами. И хотя растения не могут убежать от опасности, они могут контролировать, насколько далеко они прорастут на опасную территорию, — объясняет Диненни.
Оказывается, абсцизовая кислота, гормон стресса, вырабатываемый растением, когда оно подвергается воздействию засухи или осолонению среды, играет важную роль в эквивалентной реакции растения «сражайся или беги».
Чтобы понять, как абсцизовая кислота контролирует рост, исследователи разработали стратегию подавления ответа на этот гормон в различных слоях тканей корня. Они создали несколько мутировавших растений, у которых ответ на гормон был подавлен в разных слоях корня.
Это позволило им обнаружить, что реакция на соль в значительной степени зависела лишь от одного слоя клеток и его чувствительности к гормону. Система прямой визуализации позволила им наблюдать за тем, как происходил рост корней у этих подвергнутых мутации растений.
Интересно, что к этому процессу была особенно чувствительна именно «внутренняя кожа» корня, эндодерма. Этот слой ткани особенно важен, поскольку он действует как полупроницаемый барьер, определяющий какие вещества могут попасть в корневую систему из окружающей почвы, — отмечает Дуан.
Результаты нашего исследования означают, что, помимо своей функции в качестве фильтра веществ в почве, эндодерма также выступает и в роли охранника, вооружённого абсцизовой кислотой, позволяющей ему предотвратить рост растения в опасных условиях, — подводит итог Диненни.
Орошение сельскохозяйственных земель является основной причиной засоления почв. И по мере повышения уровня моря из-за изменения климата понимание того, как растения, особенно сельскохозяйственные культуры, реагируют на соль, может позволить нам создать новые сорта растений, которые смогут расти в характерных для прибрежных зон соленых почвах.
