Ученые из Хельсинкского университета выяснили, растения восстанавливают свой защитный внешний слой, перидерму, благодаря диффузии этилена и кислорода через повреждения. Это открытие может способствовать повышению устойчивости сельскохозяйственных культур и продлевать срок хранения продуктов питания.
Живые организмы используют защитные барьерные ткани для защиты от воздействия внешней среды. У растений функцию барьера выполняет перидерма, формирующая плотный наружный пробковый слой. Он помогает предотвратить потерю влаги и препятствует проникновению патогенных микроорганизмов, как, например, в кожуре картофеля и коре деревьев. Но что происходит, когда этот защитный слой повреждается? Новое исследование Хельсинкского университета, опубликованное в журнале Nature, было проведено на модельном растении Arabidopsis thaliana и показало, что растения используют диффузию газов в качестве сигнала для обнаружения повреждений и запуска регенерации.
Исследовательская группа во главе с профессором Ари Пекки Мяоненом из факультета биологических наук установила, что неповрежденная перидерма практически не пропускает газы. Это приводит к накоплению газообразного этилена, растительного гормона, внутри тканей растения, в то время как объем кислорода снижается вследствие нормального роста. Если же перидерма повреждена, ситуация меняется: этилен выходит наружу, а кислород проникает через место повреждения. Данные изменения служат предупреждающими сигналами, инициирующими начало регенерации перидермы. После формирования нового барьера диффузия газов вновь прекращается. Это приводит к накоплению этилена и уменьшению запасов кислорода, что свидетельствует о завершении регенерации и возобновлении нормального роста.
«Мы начали с изучения роли этилена в процессе восстановления. После этого была определена роль кислорода. Это открытие показывает удивительно простую, но действенную стратегию, применяемую растениями для определения повреждений», — говорит доктор Хироюки Иида, ведущий научный сотрудник проекта. Прохождение газов через повреждение — это не только следствие травмы, но и сигнал, инициирующий процесс восстановления.
Изучение механизмов регенерации перидермы позволит повысить устойчивость сельскохозяйственных культур, включая картофель, морковь и фрукты. Нарушение защитного барьера может вызвать потерю влаги, повысить восприимчивость к болезням и привести к порче продукции. Благодаря усилению естественных восстановительных способностей растений, исследователи смогут улучшить выживаемость культур, уменьшить объем пищевых отходов после сбора урожая и помочь растениям лучше адаптироваться к неблагоприятным условиям, таким как засуха.
Поскольку глобальные системы производства продуктов питания испытывают все большее давление, вызванное изменением климата и ростом населения, данное исследование указывает на перспективные пути повышения устойчивости сельского хозяйства. По мнению Мяонен, улучшение способности барьерных тканей к восстановлению может существенно повлиять на хранение продуктов и устойчивость растений.
[Фото: Alexey Shapiguzov / University of Helsinki]