Корневые волоски представляют собой недорогую стратегию повышения эффективности поглощения питательных веществ, поскольку они могут значительно увеличить поверхность корней растений, на которой происходит захват питательных веществ. Хотя первичные и боковые корни стимулируются к удлинению при выращивании растений в условиях легкого
В то время как первичные и боковые корни стимулируются к удлинению при выращивании растений в условиях легкого азотного дефицита, существование такой кормовой реакции корневых волосков и лежащий в ее основе механизм регуляции остаются неясными. Теперь международная исследовательская группа под руководством Института IPK Лейбница выявила структуру, состоящую из специфических молекулярных игроков, опосредующих синтез, транспорт и сигнализацию ауксина, которая запускает удлинение корневых волосков для получения азота. Результаты исследования опубликованы в журнале «Current Biology».
Растения выработали разнообразные адаптивные стратегии для оптимального использования световых и почвенных ресурсов окружающей среды. Одной из наиболее заметных адаптивных реакций является пластичность развития корневой системы, которая позволяет растениям эффективно добывать питательные вещества, колеблющиеся в пространстве и времени. Корневые волоски, являясь важнейшим компонентом, определяющим активную поверхность корня, представляют собой мощный морфологический признак, улучшающий захват воды и питательных веществ. Корневые волоски — это отростки эпидермальных клеток, которые эффективно увеличивают площадь поверхности корня и облегчают поиск воды и питательных веществ в почве. Развитие корневых волосков начинается со спецификации клеточной судьбы, которая определяет, станет ли эпидермальная клетка волосообразующей (трихобласт) или безволосой (атрихобласт).
Модельное растение Arabidopsis thaliana реагирует на дефицит азота формированием более длинных корневых волосков. В основе этого многоступенчатого процесса лежат синтез, транспорт и передача сигнала от растительного гормона ауксина. График: Институт Лейбница IPK
«В нашем исследовании мы сначала показали, что дефицит азота сильно стимулирует удлинение корневых волосков у модельного вида Arabidopsis thaliana и что этот ответ имеет решающее значение для жизнеспособности растений в условиях низкого содержания азота», — объясняет доктор Николаус фон Вирен, руководитель отдела ««Физиология и клеточная биология» Института IPK Leibniz. Затем мы объединили транскриптомику, молекулярную генетику и клеточную биологию, чтобы установить, что индуцированное низким содержанием азота удлинение корневых волосков основывается на пространственно скоординированном ауксиновом сигнальном каскаде, который входит в программу развития корневых волосков через эпидермальный транскрипционный модуль RHD6-LRL3», – продолжил он.
Сигнальный каскад состоит из трех этапов. Низкий уровень азота через регуляцию ферментов TAA1 и YUCCA8 увеличивает накопление ауксина в верхушке корня (этап 1, синтез). Затем с помощью транспортеров AUX1 и PIN2 ауксин направляется по побегу к зоне дифференциации корневых волосков (этап 2, транспорт). По прибытии ауксин активирует транскрипционные факторы ARF6 и ARF8 для продвижения транскрипционного модуля RHD6-LRL3, который ограничивается эпидермисом и направляет удлинение корневых волосков в ответ на низкий уровень азота (этап 3, сигнализация).
«В целом наши результаты свидетельствуют о том, что удлинение корневых волосков представляет собой дополнительную системно-индуцированную стратегию поиска азота в почве, которая приобретает все большее значение по мере усиления дефицита азота», — говорит доктор Чжунтао Цзя, первый автор исследования. «Эти результаты добавляют новую особенность в наше понимание корневых кормовых реакций в условиях недостатка питательных веществ и расширяют механистические рамки гормонально-регулируемой чувствительности к питательным веществам в корнях растений», — продолжил он.
Поскольку более обильные и длинные корневые волоски представляют собой недорогую стратегию для растений по обеспечению контакта корней с питательными веществами почвы, понимание того, как развитие корневых волосков регулируется азотом, дает новые селекционные цели для создания культур с повышенной эффективностью поглощения азота.
Пишет источник «AgroPages»
