Чому коріння рослин перестають рости в тіні: нове дослідження

Коли рослина опиняється в надто сильній тіні, вона перенаправляє свої ресурси на світло. Врожайність і розвиток коріння зупиняються, оскільки рослина намагається рости вище, прагнучи піднятися над сусідами, щоб отримати доступ до сонця.

«Уникнення тіні - життєво важлива стратегія виживання для організму, який залежить від фотосинтезу, але це також проблема для фермерів», - пояснив доцент лабораторії Cold Spring Harbor (CSHL) Уллас Педмале. За його словами, такий еволюційний механізм обмежує щільність, з якою виробники можуть садити свої культури, і, таким чином, обмежує врожайність.

«Через скупчення рослин виникає конкуренція за сонячне світло, тому вони можуть вирости вище, ніж потрібно», - додав Педмале. "Рослини вкладають всю цю енергію, щоб спробувати вирости вище, і відбувається це за рахунок фруктів і біомаси, від якої залежить господарство. Крім того, цей процес йде за рахунок коріння, тому вони припиняють зростати ".

Дослідники десятиліттями вивчали реакцію рослин на тінь в надії знайти способи допомогти рослинам процвітати при більш високій щільності висадки. Велика частина цих досліджень була зосереджена на змінах стеблів і листя, але команда Педмале хотіла знати, що відбувається під землею, коли рослина позбавлена світла. Це нагальна проблема, тому що рослини без розвиненої кореневої системи більш вразливі до посух, повеней і ураганів - загроз, які стають все більш поширеними через зміну клімату.

Використовуючи рослини томатів і модельну рослину арабідопсис, доктор-дослідник Даніеле Росадо та інші члени команди Педмале порівняли коріння саджанців, вирощених при повному незатененому світлі, з більш коротким, менш розвиненим корінням рослин, вирощених в тіні. Вони виявили, що сотні генів, які рослини використовують для відповіді на стрес, були включені в рослинах, вирощених в тіні, включаючи десятки генів, які кодують білки, звані WRKY, які регулюють експресію генів.

Щоб підтвердити, що вони обмежують зростання коріння, команда Педмале генетично модифікувала рослини, в яких певні гени WRKY залишалися дуже активними незалежно від умов. Вчені виявили, що у рослин з високим рівнем певних білків WRKY ростуть такі ж слабкі, погано розвинені корені, що і у рослин, що вирощуються в тіні, навіть при великій кількості світла. Стебли ж рослини, навпаки, росли нормально. Крім того, виявилося, що рослинний гормон етилен (необхідний для дозрівання плодів) також може брати участь у реакції коренів на відтінок.

Педмале сподівається, що розкриття ролі цих білків в уникненні тіні допоможе дослідникам вивести кращі високоврожайні рослини: такі, які можуть процвітати в більш тісних умовах, витримувати екстремальні погодні умови і, можливо, навіть зменшувати глобальне потепління, виводячи вуглекислий газ з повітря в атмосферу за допомогою розгалуженої кореневої системи.