Ученые обнаружили у растений «молекулярный переключатель», который помогает корням искать воду

Новое исследование ученых из Ноттингемского и Даремского университетов показало, что растения используют быстрый «молекулярный переключатель» в своих корнях, чтобы чувствовать сухую почву и перенаправлять рост в поисках воды.
Результаты работы, опубликованные в журнале Science, раскрывают сложные механизмы, с помощью которых растения выживают в условиях засухи. Это открытие может помочь в создании более устойчивых к засухе сельскохозяйственных культур, что особенно важно в условиях изменения климата и угрозы продовольственной безопасности.
Корни растений играют ключевую роль в поиске и поглощении воды. В нормальных условиях они разветвляются во влажной почве, эффективно добывая влагу и питательные вещества. Однако если корень попадает в сухой участок, образование боковых ответвлений временно прекращается. Эта стратегия позволяет растению избежать бесполезного роста в засушливых зонах и перенаправить ресурсы туда, где воды больше.
Теперь ученые выяснили, как именно это происходит.
Исследователи обнаружили, что при потере контакта с влажной почвой в кончиках корней активируется быстрый сигнальный механизм. Его ключевым элементом является резкое увеличение количества активных форм кислорода (АФК) — молекул, которые выполняют роль сигналов стресса в клетках растений.
«Это быстрый и эффективный механизм, позволяющий растениям почти мгновенно реагировать на нехватку воды, экономя ресурсы и оптимизируя рост корней в зависимости от условий», — пояснила ведущий автор исследования доктор Пунам Мехра из Ноттингемского университета.
Хотя АФК обычно связывают с повреждением клеток при стрессе, последние исследования показали, что они также играют важную роль в адаптивных реакциях растений. В данном случае всплеск АФК действует как сигнал тревоги, предупреждающий корневую систему о попадании в сухую зону.
Ученые выяснили, что АФК взаимодействуют с определенным белком и растительным гормоном, образуя «молекулярный переключатель». Этот белок объединяет сигналы стресса с гормональной регуляцией, мгновенно изменяя структуру корня. При повышении уровня АФК переключатель временно блокирует образование боковых корней, предотвращая рост в засушливых участках. Как только корень снова достигает влажной почвы, ветвление возобновляется, позволяя растению эффективно поглощать воду.
«Эта работа демонстрирует, как один белок может действовать как высокочувствительный сенсор, связывая восприятие стресса с решениями о росте», — отметил соавтор исследования профессор Малкольм Беннет. «Это открывает новые возможности для создания культур, лучше приспособленных к условиям нехватки воды».
Значение этого открытия выходит за рамки фундаментальной науки. По мере учащения засух из-за изменения климата понимание того, как корни реагируют на нехватку воды, становится критически важным для выведения сортов, способных выживать в сложных условиях.
Ранее уже было известно, что растительные гормоны играют ключевую роль в формировании корней и их реакции на засуху, но новый механизм на основе АФК добавляет еще один уровень к этой сложной системе регуляции, предлагая новые цели для улучшения сельскохозяйственных культур.