Учёные раскрыли молекулярную формулу паразитизма лиан

Вьющееся растение в Оахака, Мексика. Автор: Лена Хант / Нью-Йоркский университет

Лианы, обвивающие деревья, другие растения, дома и даже фонарные столбы, — настоящее чудо природы. Однако их удивительные способности маскируют паразитическое поведение: прикрепляясь к другим формам жизни, лианы блокируют солнечный свет, необходимый для роста, и «душат» своих хозяев, препятствуя потоку воды и питательных веществ.

Хотя об этой угрозе было известно давно, оставалось неясным, что именно даёт лианам способность искать, прикрепляться и карабкаться.

Международная команда учёных раскрыла формулу, которая позволяет лианам находить и прикрепляться к растениям-хозяевам — это быстрое удлинение, направленное движение и производство специализированных контактных клеток. Исследователи также определили семейство генов, которое управляет этой формулой.

«Наше исследование показывает, как молекулярные механизмы связаны с движением растений — то, что мы до сих пор чётко не понимали», — объясняет Джойс Оньенедум, доцент кафедры экологических исследований Нью-Йоркского университета и соавтор исследования, опубликованного в журнале New Phytologist. — «Ключевой момент: оно даёт нам больше информации об этих вьющихся паразитах. Они представляют постоянную угрозу для деревьев и других растений — одних из лучших природных инструментов для хранения атмосферного углекислого газа».

Как лианы изгибаются и движутся

Хорошо известно, что крупные ветви деревьев изгибаются за счёт производства волокнистых клеток, называемых «G-волокнами» — это специализированные сокращающиеся клетки. В исследовании, опубликованном в прошлом году, Оньенедум и её коллеги сообщили, что G-волокна широко распространены в стеблях лиан. Но фактическая роль этих клеток оставалась неясной.

В новой работе Оньенедум и её коллеги, включая постдока Лену Хант и биолога из Пенсильванского университета Чарльза Андерсона, попытались ответить на этот вопрос.

Для этого учёные изучили обыкновенную фасоль — культуру, выращиваемую по всему миру, часто встречающуюся в домашних садах и растущую вертикально. В частности, они изучили роль конкретного гормона — брассиностероида, который, как известно, регулирует процессы развития растений, включая удлинение. Для этого сравнивали рост обычной вьющейся фасоли с фасолью, генетически модифицированной для производства избыточного количества этого гормона.

Избыток гормона подавлял развитие G-волокон и приводил к появлению «ленивых лиан», которые слишком быстро удлинялись и двигались бесцельно.

«Гены, подобные XTH5, позволяют растениям ремоделировать свои клеточные стенки — сложные структуры, обеспечивающие растениям прочность и гибкость. Это исследование демонстрирует, что ремоделирование клеточной стенки является критически важным компонентом движений растений, таких как обвивание», — говорит Андерсон.

Исследователи также определили ген-кандидат XTH5, который играет фундаментальную роль в структурном росте растений и особенно активен во время развития G-волокон, что потенциально указывает на ключевого «игрока», ответственного за способность лиан обвиваться и цепляться.

«Наша работа показывает, что быстрое удлинение, направленное движение и производство определённых клеток облегчают манёвры и окончательное прикрепление лиан к их хозяину, раскрывая секреты их поведения», — подводит итог Оньенедум.

В исследовании также приняли участие учёные из Нью-Йоркского ботанического сада, Федерального университета Риу-Гранди-ду-Сул (Бразилия) и Мичиганского университета.

Источник: New York University

ИИ: Это фундаментальное открытие не только объясняет, как лианы «душат» деревья, но и может иметь практическое значение. Понимание генетических механизмов вьющихся растений может помочь в создании сельскохозяйственных культур с контролируемым ростом или, наоборот, в разработке методов защиты лесов от агрессивных лиан, которые угрожают поглотителям углерода.