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 Ученые РТУ МИРЭА и Сибирского федерального университета создали программный комплекс, который анализирует учебные планы вузов быстрее секунды и находит в них слабые места. Большинство учебных планов содержат скрытые противоречия, дублирования и неочевидные перекосы в подготовке специалистов. Это важно, потому что от качества учебного плана напрямую зависит, какие реальные навыки получат студенты и насколько они будут востребованы работодателями.
Значение вилочковой железы (тимуса) для здоровья и долголетия, возможно, сильно недооценивалось. Как показали результаты двух новых исследований, нормально функционирующий во взрослом возрасте тимус — залог здорового старения, долгой жизни и высокой выживаемости при раке.
Наскальное искусство палеолита — большая редкость для Британии, а рисунки в пещере Бейкон-Хоул, открытые в 1912 году, почти 100 лет считались природным явлением. Международная группа исследователей не только повторно обнаружила эту панель, но и с помощью химического анализа пигмента доказала ее антропогенное происхождение и возраст около 17 тысяч лет, вернув находке статус одного из древнейших памятников символической деятельности человека на Британских островах.
Исследователи опросили более 60 тысяч испытуемых из разных стран и выяснили: чем больше человек зациклен на себе, тем холоднее он к своему партнеру. Правда, снижение накала страстей не всегда плохо, у этого есть и положительные стороны.
Около четырех миллиардов лет назад Солнечная система пребывала в хаосе: гигантские планеты сближались, меняли орбиты и выбрасывали своих соседей в межзвездное пространство. Хотя шансы на «выживание» лун Юпитера и Урана в этот период были крайне малы, астрономы показали, что их судьба может хранить следы древней катастрофы с участием «потерянной» планеты.
Изучив данные о скорости изменения температур ледяных спутников пятой и шестой планеты системы, астрономы обнаружили, что она слишком высока для по-настоящему ледяной поверхности. Оказалось, что эти тела покрыты материалом, по своим свойствам резко отличающимся от земного льда.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
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