09.06.2011

Подсолнечник и пшеница по-разному реагируют на свет

Однодольные и двудольные растения, поворачиваясь к источнику света, используют для этого разные физиологические механизмы.

Способность растений реагировать на свет, изменяя направление собственного роста, называется фототропизмом. Самый популярный пример — гелиотроп, цветы которого поворачиваются в течение дня вслед за солнцем. Явление фототропизма у растений было описано ещё Чарльзом Дарвином, когда он закрывал от света верхушки побегов, после чего растение не могло поворачивать и изгибать стебель к источнику света. Эти эксперименты впоследствии привели к открытию ауксинов, гормонов, которые контролируют направление и интенсивность роста побегов растения.

Сегодня с объяснением механизма фототропизма сложилась странная ситуация, когда о фототропизме у однодольных известно всё, а у двудольных — почти ничего. Между тем к двудольным относятся важнейшие сельскохозяйственные культуры, от винограда и яблони до картофеля и подсолнечника, и знание того, как эти растения «следят» за солнцем, имело бы большую практическую ценность.

Исследователи из Университета Пердью (США) решили восстановить справедливость и выяснить, как происходит фототропизм у двудольных растений.

Задача осложнялась тем, что слишком многие процессы в развитии растения зависят от света: не только направление роста, но и формирование органов на вершине побега, развитие листьев и пр. Словом, нужно было найти способ, как отделить процессы фототропизма от прочих физиологических перестроек. Для этого учёным пришлось выработать режим, позволяющий поймать растение в момент, когда органы уже сформировались, но ещё возможно изменение направления роста. Таким образом оказалось возможным зафиксировать только те процессы, что имели отношение к фототропизму.

У двудольных главную роль в этом тоже играет гормон ауксин, но исследователям удалось найти ещё и белок фототропин 1, который запирает другой белок, АВСВ19, в верхушке растущего побега. АВСВ19 служит переносчиком-транспортёром гормона ауксина; таким образом, благодаря работе фототропина 1 весь ростовый гормон оказывается сконцентрирован в верхушке побега. Если же вдруг положение источника света меняется и растению нужно изогнуть стебель, ауксин вместе со своим переносчиком начинает путь вниз, к точке сгиба. Причём движутся эти белки, что любопытно, не по центральной сосудистой системе, чтобы потом переместиться из сердцевины к краям, к коре, а наоборот: ещё на вершине ауксин расползается по краям побега, а потом начинает путешествие вниз, к точке, в которой нужно изменить направление роста. Это как если бы гормоны нашей центральной нервной системы спускались из мозга не по венам и артериям, а по подкожной системе капилляров.

Результаты экспериментов исследователей опубликованы в веб-журнале PLoS Biology.

Как говорит один из авторов работы, Ангус Мерфи, физиология фототропизма у двудольных прямо противоположна тому, как обстоят дела у однодольных: когда орхидея или пшеница хотят изменить направление роста, они спускают ростовый гормон по центральным сосудам, и гормон, добравшись до нужного места, распределяется по боковым зонам стебля. Одинаковый результат у двух групп растений обеспечивается довольно разной физиологией, и теперь исследователям предстоит большая работа по детальной расшифровке всех промежуточных участников, которые обеспечивают движение растений «вслед за солнцем».

Кирилл Стасевич

Источники:

1. КОМПЬЮЛЕНТА