Биологи поняли, что закручивает растения при росте
Оказалось, именно внешний слой определяет форму корня растения и его механические свойства. Это открытие позволит ученым лучше адаптировать сельскохозяйственные культуры к сложным почвам.
Скручивание стеблей и корней — частая адаптация растений к окружающей среде. Вьется виноградная лоза, усы огурцов, стебли вьюнков и лиан, корни штопором врезаются в землю и изгибаются, чтобы обойти камни.
Ученым известно, что отвечают за скручивающий рост мутации в генах, влияющие на микротрубочки растений. Часто искривление вызывают «нуль-мутации», при которых с участием гена становится невозможно производство нужного вещества, например белка. Это должно вызывать массу других проблем, однако скручивающийся рост — распространенная эволюционная адаптация.
Группа американских биологов тщательно изучила, как происходит рост растений с закручиванием. Оказалось, что для скручивания не нужна полная нуль-мутация всего растения — достаточно изменения в экспрессии гена в эпидермисе. Научную работу об этом они опубликовали в журнале Nature Communications.
Растительные клетки жестко зафиксированы на месте, почти «склеены» друг с другом и окружены прочной клеточной стенкой. Слои растения, изнутри наружу, идут в таком порядке: стела, эндодерма, кортекс, эпидермис. Ученые предположили, что скручивание возникает из внутреннего коркового слоя, где мутация заставляет клетки быть короткими и широкими вместо длинных и тонких.
Исследователи попытались восстановить прямые корни, экспрессируя нормальный ген в разных слоях корней растения. Для исследования биологи создали модельную систему, в которой корни могут отклоняться вправо или влево, экспериментальным организмом стала резуховидка Таля (Arabidopsis thaliana) — растение с полностью секвенированным коротким геномом.
К удивлению биологов оказалось, что экспрессия нормального, сохраняющего корень прямым гена в любом из внутренних слоев растения не распрямляло его. Резуховидка все равно выглядела как скрученный нуль-мутант, производство правильного белка во внутренних слоях растения влияния на закручивание не оказывало.
Но когда нормальный ген экспрессировался только в эпидермисе, корни выпрямлялись. Как выяснилось, именно эпидермис диктует растению форму.
После к исследованию подключились механобиологи — ученые, работающие на стыке физики, инженерии и биологии. Они измерили ориентацию целлюлозных микрофибрилл в мутантных и нормальных корнях, нашли разницу в отложение целлюлозы и построили на основе собранных данных компьютерную модель протекающих в растении.
«Когда у вас есть концентрические слои клеток, как годичные кольца в стволе дерева, внешнее кольцо имеет гораздо большее влияние на всю структуру, чем внутренние. Наша модель показала, что если клетки только в эпидермисе окажутся скошенной формы, то он может отвечать за треть общего скручивания растения. Но если выпрямить клетки только в эпидермисе, весь корень выпрямляется. Математика была однозначной: правит внешний слой» — объяснил один из авторов статьи Гай Генин (Guy Genin).
Модель подтвердила экспериментальные данные. Когда нормальный ген (для прямого корня) экспрессируется только в эпидермисе, это влияет даже на корковые клетки с мутацией. Вместо того чтобы быть короткими и широкими, эти внутренние клетки становились длиннее и тоньше, почти как в норме. Слой клеток эпидермиса оказался способен вовлекать в процесс внутренние клеточные слои, он не пассивная кожа, а механический координатор роста всего органа. Внешний слой корня доминирует в его скручивающем поведении благодаря той же физике кручения, что объясняет, почему полые трубки могут быть почти такими же прочными, как сплошные стержни.
Теперь, когда ученые понимают, как растения закручивают себя, они могут применять эти знания для решения задач сельскохозяйственной науки. Понимание того, как корни перемещаются в почве, поможет нам адаптировать растения к изменяющемуся климату Земли и развивать сельское хозяйство в регионах с плотными каменистыми почвами.
Telegram 
Дзен 
VK Мужчина, отправившийся на утреннюю прогулку на юго-западе Норвегии, случайно сделал крайне редкую и ценную находку — золотое украшение для ножен меча в виде переплетенных между собой змееподобных существ. По мнению ученых, в VI веке нашей эры этот артефакт специально поместили в трещину в скале в качестве подношения богам во времена голода и социальных потрясений.
Астрономы впервые использовали гравитационные волны, чтобы косвенно оценить параметры одного из ключевых процессов термоядерного горения в массивных светилах. Именно от него зависит, какие звезды взрываются, какие превращаются в черные дыры и как во Вселенной появляются углерод и кислород — элементы, без которых не было бы ни планет, ни жизни.
Нейробиологи СПбГУ продемонстрировали, что активация рецептора следовых аминов TAAR1 эффективно подавляет агрессивное поведение, вызванное полным отсутствием серотонина в мозге. В дальнейшем этот результат поможет в разработке лекарственных препаратов, направленных на коррекцию патологических форм агрессии, возникающих при посттравматическом стрессовом расстройстве (ПТСР) и шизофрении.
Канадские исследователи идентифицировали останки четырех членов пропавшей полярной экспедиции Джона Франклина 1845 года, сравнив их ДНК с генетическим материалом современных потомков. Открытие решило полуторавековую загадку с переодетым матросом и помогло восстановить маршрут отступления экипажа по льдам. Выяснилось, что при эвакуации моряки разделились по кораблям, после чего бросили ослабевших товарищей в спасательных шлюпках.
Генетика интеллекта сложна и связана с разными психоневрологическими состояниями. Оказалось, то, что повышает эрудицию, может ухудшать способность решать творческие задачи, — и наоборот. Причем паттерны этих связей уникальны для каждого диагноза.
Мужчина, отправившийся на утреннюю прогулку на юго-западе Норвегии, случайно сделал крайне редкую и ценную находку — золотое украшение для ножен меча в виде переплетенных между собой змееподобных существ. По мнению ученых, в VI веке нашей эры этот артефакт специально поместили в трещину в скале в качестве подношения богам во времена голода и социальных потрясений.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
Химические связи в материале, из которого сделана электроника, разрываются не из-за накопительного износа от протекания тока через них, а из-за электронов с конкретной энергией.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии