Что помогает растениям «чувствовать» гравитацию

Все растения способны определенным образом ориентироваться в гравитационном поле Земли, и их корни растут по направлению к центру нашей планеты, а стебли — от него. Теперь ученые нашли в геноме кукурузы гены, отвечающие за этот процесс.

Гравитропизм, или геотропизм — способность органов растений определенным образом располагаться по отношению к направлению силы тяжести. Даже если, к примеру, положить цветочный горшок на бок, растение в нем изогнет свой стебель и начнет тянуться вверх, тогда как его корни, напротив, станут расти вниз. 

Чтобы выяснить, каким образом растения «понимают», где у Земли располагается центр, ученые провели эксперименты на кукурузе и модельном растении — резуховидке. Им удалось определить, что в поворачивании корней при изменении положения всего растения участвуют четыре гена.

При повороте прорастающего семени кукурузы некоторые корни резко меняли положение на «правильное», тогда как другие поворачивались медленнее. Отследив динамику корней у тысяч ростков и объединив полученные данные с генетической информацией по каждому растению, авторы работы узнали, где в геноме кукурузы находятся гены гравитропизма. 

Затем исследователи смогли сузить область поиска и сопоставили положение нужных участков хромосом с такими же участками в геноме хорошо изученной резуховидки. Хотя эволюционные линии кукурузы и резуховидки разошлись более 150 миллионов лет назад, гравитропизм — общее свойство большинства растений с корнями и стеблями. Поэтому ученые предположили, что эта часть растительного генома должна быть довольно консервативной.  

В результате удалось выявить четыре гена, которые «отвечают» за корневой гравитропизм кукурузы и резуховидки, а последующие тесты подтвердили догадку. В будущем исследователи планируют модифицировать эти гены, чтобы изменить архитектуру корневой системы кукурузы и сделать ее устойчивее к засухам.

Кукуруза — крайне ценная сельскохозяйственная культура, которой теперь угрожает глобальное потепление климата

В отдаленной перспективе знания о том, какие гены управляют ростом корней растений в гравитационном поле, пригодятся не только в сельском хозяйстве. Чтобы выжить на других планетах или в открытом космосе, людям, скорее всего, придется адаптировать земные растения к новым условиям, а это невозможно без понимания того, какие гены за какие особенности растений отвечают. 

Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.