Ученые открыли новый механизм, с помощью которого растения чувствуют гравитацию

При отключенных генах, отвечающих за детектирование гравитации, эти травянистые растения растут вдоль поверхности почвы. На врезке показаны белки SLQ1, помеченные флуоресцентным маркером в клетке. Автор: Эдгар Сполдинг/Университет Висконсин-Мэдисон

Исследователи из Университета Висконсин-Мэдисон обнаружили ранее неизвестный механизм, который растения используют для определения гравитации и ориентации направления своего роста. Исследование, опубликованное в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, в будущем может привести к улучшению методов выращивания сельскохозяйственных культур.

Как растения чувствуют гравитацию и реагируют на нее

Предыдущие исследования уже установили, что набор генов, получивших прозвище LAZY («ленивые»), контролирует основной механизм детектирования гравитации у растений. В обычном растении клетки стебля используют гены LAZY, чтобы определить силу гравитации. Затем растение направляет рост стебля вверх, ветвей — наружу, а корней — вниз. Эти контролируемые направления роста помогают растению оптимизировать свою форму для производства энергии, устойчивости и общего выживания.

Когда гены LAZY отключены, мутировавшее растение не может правильно ориентироваться. Вместо этого оно стелется по поверхности почвы, а его стебель изгибается в неправильных направлениях. Такие экземпляры метко прозвали «ленивыми» растениями.

Открытие нового генетического пути

Соавторы исследования Эдгар Сполдинг, почетный профессор ботаники, и Такеши Йосихара, научный сотрудник Университета Висконсин-Мэдисон, хотели больше узнать о генетике, стоящей за способностью растений определять гравитацию. Используя растение Arabidopsis, часто применяемое в исследованиях, они отключили у растений гены LAZY и приступили к работе.

«Мы решили мутировать эти «ленивые» растения — эти растения, которые не знают, куда им расти, — в надежде найти ген, который каким-то образом исправит проблему», — говорит Сполдинг.

Сполдинг и Йосихара начали случайным образом мутировать «ленивые» растения. Они проверили тысячи мутаций, прежде чем нашли неизученный ген под названием SLQ1, или супрессор LAZY quadruple 1.

«Иногда два неправильных действия могут дать правильный результат», — отмечает Сполдинг.

Последствия для роста растений и сельского хозяйства

Сполдинг и Йосихара обнаружили, что когда и гены LAZY, и ген SLQ1 отключены, стебель результирующего растения не стелется по почве, а тянется вверх, к воздуху. Они также выяснили, что гены, контролирующие два пути, расположены в разных частях клетки и что эти пути функционируют независимо друг от друга.

Сполдинг говорит, что существует множество причин, по которым растениям может потребоваться более одного способа определения гравитации. Путь SLQ1 может быть резервным процессом, ожидающим своего часа, чтобы вступить в дело, если что-то пойдет не так с генами LAZY. Необходимы дальнейшие исследования, чтобы изучить, как эти пути функционируют вместе, но Сполдинг полагает, что они, вероятно, работают совместно, чтобы оптимизировать рост растения и тонко настраивать его архитектуру с течением времени.

«Гравитация направляет рост растений через более сложный механизм, чем считалось ранее», — заключает Сполдинг.

При дальнейших исследованиях понимание того, как гравитация влияет на рост растений, может помочь селекционерам выводить культуры с тонко настроенной архитектурой корней, стеблей и ветвей, что облегчит сбор урожая, максимизирует урожайность и позволит выращивать более устойчивые культуры.

Больше информации: Spalding, Edgar P., Suppressor of LAZY quadruple 1 acts at ER–plasma membrane contact sites to control a gravitropism pathway in the Arabidopsis stem, Proceedings of the National Academy of Sciences (2025). DOI: 10.1073/pnas.2510934122.

Источник: University of Wisconsin-Madison