Ученые раскрыли механизм одностороннего транспорта питательных веществ в корнях растений

Обнаружение флуоресцентного зонда, транспортируемого от периферии корня к внутренним слоям через плазмодесмы. Автор: Фиоренца, Университет Женевы

Растения поглощают воду и питательные вещества из окружающей среды через специализированные поры. Исследователи из Университета Женевы (UNIGE) раскрыли малоизученный, но критически важный механизм работы растений — направленность транспорта питательных веществ в корнях. Команда доказала, что по мере развития корня этот транспорт становится строго однонаправленным.

Это открытие подчеркивает ключевую роль плазмодесм — пор, соединяющих растительные клетки, и открывает новые перспективы для повышения устойчивости растений к засухе. Результаты исследования опубликованы в журнале Molecular Plant.

Корни играют жизненно важную роль в поглощении воды и питательных веществ, что критически важно для роста, развития, репродукции и продуктивности растений — особенно сельскохозяйственных культур. Вода и минералы сначала активно поглощаются самым внешним слоем корня — эпидермисом, затем должны пройти через несколько концентрических слоев клеток, чтобы достичь центральных сосудистых тканей, распределяющих эти элементы по всему растению через сок.

Более века ученые предполагали, что вода и питательные вещества перемещаются между слоями через плазмодесмы — микроскопические поры, соединяющие растительные клетки. «Хотя это утверждение широко преподается, оно никогда не было подтверждено экспериментально. Мы решили проверить его», — объясняет Мари Барберон, профессор кафедры наук о растениях UNIGE.

Неожиданное открытие

Используя флуоресцентные маркеры (GFP), команда проследила транспорт веществ в корнях модельного растения Arabidopsis thaliana. В молодых корнях, где клетки еще не полностью специализированы, молекулы GFP свободно перемещались в обоих направлениях. Однако в зрелых корнях транспорт становился строго однонаправленным — только от периферии к центральным сосудам.

«Это неожиданное открытие, вероятно, отражает оптимизированную систему, гарантирующую эффективную доставку ресурсов», — отмечает Селеста Фиоренца, соавтор исследования.

Мутанты, устойчивые к засухе

Ученые обнаружили мутантный сорт sesame с аномально широкими плазмодесмами, где транспорт шел в обоих направлениях. Хотя в нормальных условиях эти растения почти не отличались от обычных, они демонстрировали поразительную устойчивость к засухе: после двух недель без воды большинство мутантов восстанавливались, в отличие от обычных растений.

«Мы пока не знаем точный механизм их устойчивости, — говорит Барберон, — но наша работа показывает, что изучение межклеточного транспорта может привести к созданию культур с улучшенным поглощением питательных веществ или устойчивостью к засухе — критически важному фактору для сельского хозяйства в условиях изменения климата».

Подробнее: Léa Jacquier et al, A developmental switch controls cell-to-cell transport in roots via pectin-linked plasmodesmata changes, Molecular Plant (2025). DOI: 10.1016/j.molp.2025.07.004

Источник: University of Geneva