Як рослини використовують шкідливі хімічні речовини з вигодою для себе: нове відкриття

Вчені з Університету Дьюка (США) виявили складні молекулярні взаємодії речовин, що регулюють ріст коріння у рослин. У майбутньому це допоможе вивести продуктивніші культури для різних типів ґрунтів та вирішити проблему голоду у світі.

Вчені Філіп Бенфей і його колеги Масасі Ямада і Сіньвей Хан зацікавилися низкою процесів, що визначають ріст кореня. Коли корінь проходить через ґрунт, стовбурові клітини на його кінчику повинні визначити, що потрібно робити: створювати нові стовбурові клітини або диференціювати їх на інші типи клітин у залежності від їх розташування в тканини кореня.

Коріння дуже важливе для рослини, оскільки воно утримує її у вертикальному положенні, закріплюючи в ґрунті, а також забезпечує поглинання води і мінеральних речовин. Дослідження показало, що клітини коріння отримують потрібну інформацію від речовин, які традиційно вважаються токсичними.

Існують природні побічні продукти клітинного дихання – молекули, звані «активними формами кисню». Вони вважаються сигналами стресу, і якщо їх не контролювати, то можуть викликати пошкодження тканин. Але вони ж відіграють важливу роль у передачі сигналів клітинам коріння, як показує робота вчених.

Біологи використали невелику квіткову рослину – резуховидку Таля (Arabidopsis thaliana) – і з'ясували, що ріст її коріння частково регулюється взаємодією двох типів активних форм кисню: супероксидним радикалом і перекисом водню. Обидва вони накопичуються в різних зонах кінчика кореня.

Коріння росте вглиб завдяки невеликій ділянці стовбурових клітин на кінчику кореня. Ці клітини постійно діляться, просуваючи корінь глибше, тоді як дочірні клітини, які залишилися далі від кінчика, перестають ділитися і починають спеціалізуватися.

Швидкість росту коріння залежить від балансу двох протилежних сигналів: 

1. сигналу, який спонукає стовбурові клітини продовжувати ділитися;
2. сигналу, що гальмує розподіл і змінює механізм клітин таким чином, щоб вони перестали ділитися і почали спеціалізуватися.

Вчені визначили білок під назвою RITF1, що при активації контролює, який із сигналів працюватиме, визначаючи, де будуть концентруватися дві активні форми кисню.

Ці хімічні сигнали повідомляють оточуючим клітинам, що робити далі. Клітини, які зазнали дії підвищеної кількості супероксидного радикалу, продовжують ділитися і виробляти нові клітини. Тоді як клітини, які отримують більше перекису водню, диференціюються.

«Активні форми кисню – це не просто токсичні хімічні речовини, – зазначив Філіп Бенфей. – Вони відіграють важливу роль у якості регуляторів процесу розвитку: від стовбурових клітин до повністю диференційованих тканин».