У Копенгагені дослідники з університету виявили, що клітинне очищення — аутофагія — відіграє ключову роль у формуванні бічних коренів рослин. Вони простежили, як білок ARF7, пов’язаний із гормоном росту ауксином, зникає й з’являється в ритмічному циклі, що забезпечує утворення нових кореневих гілок. Усе це стало можливим завдяки спостереженню за живими клітинами Arabidopsis thaliana. Про це передає КРВ.медіа, посилаючись на дослідження вчених Університету Копенгагена.
Що таке аутофагія і чому вона важлива
Аутофагія — це процес, під час якого клітини утилізують зношені або пошкоджені білки. У людини цей механізм активується, зокрема, під час голодування. У рослин аутофагія відіграє подібну роль — вона допомагає «звільнити місце» для нових білкових сигналів, необхідних для розвитку.
Дослідники з Університету Копенгагена виявили, що саме завдяки аутофагії білок ARF7 може циклічно активуватися та пригнічуватися, відповідаючи на сигнали гормону росту — ауксину. Ці цикли контролюють появу нових бічних коренів, які рослина формує, рухаючись ґрунтом у пошуках води та поживних речовин.
«Це наче внутрішній годинник кореня, який пульсує кожні 4–6 годин», — каже керівник дослідження, доцент Елеазар Родрігес.
Саме аутофагія дозволяє запускати цей цикл знову і знову. Без очищення клітина буквально захаращується відходами й перестає реагувати на гормональні сигнали.
Як довели роль аутофагії у формуванні коренів
Дослідники створили мутантні рослини Arabidopsis з вимкненою аутофагією. Завдяки ферменту світляків, що забезпечував свічення активних зон кореня, вдалося порівняти нормальні та змінені рослини.
Результати були чіткими:
-
у «нормальних» рослин світних зон більше — відповідно, більше місць для нових коренів;
-
у мутантів коренева система виявилася менш розгалуженою та менш здатною поглинати воду.
Мікроскопічний аналіз підтвердив накопичення білкового «сміття» у вакуолях клітин мутантів. Зони росту не очищались, отже, нові сигнали не надходили — цикл було порушено.
Елеазар Родрігес
Ми довели, що той самий механізм, який активується в людському організмі під час голодування, також існує у рослин і відіграє ключову роль у здатності коріння рости, а отже — забезпечувати рослину водою та поживними речовинами. Ми сильно залежимо від рослин, бо вони нас годують, вилучають CO₂ з атмосфери та виробляють кисень, яким ми дихаємо. Тому надзвичайно важливо повністю їх розуміти — і ми щойно зробили великий крок у цьому напрямку.
Як це відкриття вплине на сільське господарство
Цей механізм очищення є універсальним для всіх квіткових рослин. Це означає, що відкриття може бути застосоване до широкого кола культур: пшениці, кукурудзи, сої тощо.
Сільське господарство вже шукає способи використання цієї інформації. Один із підходів — застосування симбіотичних бактерій, які здатні впливати на аутофагію рослин. Такі компанії вже працюють у Данії. Інший шлях — генетичне налаштування мітки NBR1, яка відповідає за маркування білків на утилізацію.
Це дає змогу:
-
поглибити проникнення коренів у ґрунт;
-
підвищити стійкість до посух і надмірних дощів;
-
краще засвоювати добрива з ґрунту.
Пілотні ділянки з «перепрограмованими» рослинами вже тестуються у польових умовах Данії. Перші спостереження свідчать, що такі культури швидше відновлюються після стресових умов.
Наступні кроки вчених — дослідити, чи інші білки (крім ARF7) працюють за тим самим механізмом, а також перевірити вплив світла, температури та складу ґрунту на аутофагічний ритм.
Окрема увага буде приділена мохам і печіночникам — примітивним рослинам, які розділилися з квітковими ще 400 мільйонів років тому. Це допоможе з’ясувати, наскільки давнім є зв’язок між аутофагією та розвитком рослин.
