У стеблей растений нашли сходство с оптоволокном

Ученые из Южной Кореи объяснили, как свет попадает в корни растений. Оказывается, он проходит из стеблей и листьев в корни с помощью проводящих тканей, то есть стебли, фактически, выполняют роль оптоволокна. В корнях свет стимулирует белок фитохром В, который, в свою очередь, активирует белок, помогающий росту корней. Исследование опубликовано в Science Signaling.

В ранних исследованиях ученые показали (1, 2), что свет влияет на рост подземной корневой системы растений. Так, в побегах и корнях растений содержится светочувствительный белок фитохром, существующий в двух формах, А и В, одна из которых поглощает свет в красном диапазоне, вторая — в дальнем красном диапазоне. Эксперименты показали, что фитохром, содержащийся в побегах растений, активирует транспорт сигнальных молекул из стебля в корневую систему. Эти молекулы способствуют росту боковых ответвлений корня. В другой работе было показано, что при облучении корней красным светом фитохром стимулирует их рост. Но как свет попадает в корни растений исследователи не знали. Высказывались разные предположения — например, что корни напрямую получают свет через почву. По мнению авторов статьи, такая гипотеза не кажется убедительной, так как свет может проникать в почву на несколько миллиметров, к тому же проницаемость разных почв разной. Согласно другому предположению, свет попадает из стебля и листьев в корневую систему растения по проводящим тканям.

В новой работе авторы использовали в качестве модельного организма резуховидку Таля (Arabidópsis thaliána). Они изучали растения, мутантные по некоторым генам, в том числе, по гену фитохрома, и растения «дикого типа», без мутаций. Чтобы понять, как свет влияет на корни Arabidópsis и как фитохром стимулирует их рост, авторы выращивали растения на свету, помещали в темное место на определенные периоды времени, облучали светом корни резуховидок или помещали в темноту только листья. Кроме того, чтобы проверить гипотезу о светопроводящих тканях, биологи подсвечивали ткани стебля светом видимого и инфракрасного спектров. Источник света соединяли с помощью канюли (гибкой полой иглы) с волокнами растения, а детектор на концах корней регистрировал, проходит свет в корни или нет. Чтобы показать, что корни получают свет не через почву, исследователи закрывали землю вокруг растения фольгой.

Оказалось, что свет проходит по стеблям растений в корни, причем излучение в инфракрасном диапазоне растительные ткани проводят гораздо лучше, чем свет видимой части спектра. Свет, поступивший из стеблей и листьев, активирует фитохром В, содержащийся в корнях, а фитохром активирует синтез, а затем помогает стабилизировать сигнальный белок HY5, который стимулирует рост корней.

Резуховидка Таля (Arabidópsis thaliána) используется биологами как модельный организм в молекулярно-биологических, генетических и физиологических исследованиях, так как у этого растения очень короткий жизненный цикл — шесть недель, а также небольшой геном. Арабидопсис часто используется в космических исследованиях. Так, резуховидку выращивали на советской космической станции Салют-7, авторы проекта Mars One планируют выращивать ее после высадки на Марс.