Корни растений производят важнейший гормон, который контролирует многие аспекты развития растений и определяет их реакцию на изменения окружающей среды, – результаты исследования опубликованы в Developmental Cell. Исследование показывает важность того, когда и где вырабатывается фитогормон ауксин, стимулирующий рост плодов и корней, и исследует, каким образом ауксин затем перемещается по всему растению.

«Мы знали, как ауксин перемещается внутри растений и как растения реагируют на гормон, но, как это ни удивительно, до недавнего времени мы не понимали, как и где ауксин вырабатывается растением», – сказал Хавьер Брумос, научный сотрудник по Университета штата Северная Каролина и первый автор статьи.

Ученым удалось выяснить, что ауксин требуется для поддержания здоровья растений. То есть, если ауксин перестанет производиться корнями, то они будут вырождаться, а если ауксин не будет вырабатываться в цветке, то он станет бесплодным, несмотря на то, что гормон может транспортироваться по всему растению.

Прежние гипотезы о транспортировке ауксина полагали, что гормон вырабатывается в молодых листьях и верхушках побегов, а затем прокладывает себе путь вниз по растению в стебли и корни, чтобы способствовать развитию и росту растений. Поздние исследования продемонстрировали молекулярный механизм, который производит ауксин и пришли к выводу о местном производстве ауксина, а также показали движение гормона между клетками, не только в побегах, но и в корнях.

«Это привело к вопросу о том, насколько важно местное производство ауксина в корне…», – сказал Брумос.

Проводя различные эксперименты с растением Резуховидка Таля, исследователи продемонстрировали важность местного производства ауксина в корнях растений.

Во-первых, исследователи создали гибридные растения путем прививки здоровых продуцирующих ауксин побегов корням, которые не продуцировали ауксин, чтобы увидеть, можно ли транспортировать ауксин от побега к корню и сохранить здоровые корни. Корни вырождались, когда местный ауксин не был доступен. Исследователи также провели противоположный эксперимент, прививая не вырабатывающие ауксин побеги ауксин-продуцирующим корням. Эти корни были жизнеспособными и здоровыми.

Затем исследователи разместили пасту, содержащую ауксин, на ауксин-дефицитных побегах, чтобы выяснить, можно ли транспортировать ауксин в корни для поддержания здоровых корней, активируя стволовые клетки, расположенные в корневой ткани, называемой меристемой. Эта паста помогла создать некоторые новые корни, но и они вскоре выродились.

«Оказывается, растения могут выбрать, где производить ауксин для его накопления, чтобы не переносить ауксин из других частей растения, – сказала Анна Степанова, доцент кафедры растений и микробной биологии в НК Государство и соответствующий автор статьи. – Локально произведенный ауксин необходим для сохранения живой нити стволовых клеток. Если в корне нет локального ауксина, растение теряет свою корневую меристему активности, а корень дегенерирует».

Исследователи также блокировали естественную способность растения производить ауксин специфическими химическими ингибиторами и вместо этого внедряли гены бактерий, которые производят ауксин. Затем, применяя тепло, нужно было активировать бактериальные гены, чтобы получить ауксин в корнях или побегах. И вновь растения, корни которых производили ауксин, имели жизнеспособные корни, а растения, зависящие от транспортировки ауксина с побегов, имели безжизненные корни.

В статье также более подробно изучается производство и транспортировка ауксина снаружи и внутри корней, что свидетельствует о том, что внешнее применение ауксина может спасти меристемы с дефицитом ауксина, если функционируют системы переноса ауксина в корнях. Но если транспортировка ауксина был заблокирована в клетках корней, здоровье корней стало зависимым от местного производства ауксина: если гормон не был сделан в нужном месте в нужное время, корни засыхали и умирали.

Исследователи также изучали роль местных производства ауксинов в цветах и листьях и снова заметили, что места биосинтеза этого гормона являются критически важными, в данном случае, для плодовитости и нормального развития листьев.

«Таким образом суть исследования заключается в том, что местное производство и транспортировка ауксина действуют вместе, чтобы поддерживать здоровье растений. Благодаря этому взаимодействию растения… могут выживать и расти даже в суровых условиях», – сказал Хосе Алонсо – сотрудник Университета штата Северная Каролина.