01.07.2014

Как определяется угол роста новой ветки
Исследователи из Университета Лидса выяснили, как растения выбирают нужный угол роста их веток.

В то время как другие принципиальные функции роста и формирования растений, такие как контролирование количества веток, их расположения вокруг главного побега, сегодня достаточно хорошо изучены, ученые давно бились над вопросом, как же растения выбирают нужный угол роста веток и поддерживают его при воздействии силы тяжести.

Механизм имеет фундаментальное значение для понимания формы окружающих нас растений: объясняя, как, например, молодой пирамидальный тополь отращивает свои ветви близко к основному дереву, в то время как саженец дуба разрастается значительно более полого.

Доктор Стефан Кепински, старший преподаватель на биологическом факультете Университета Лидса и ведущий автор статьи в журнале «Current Biology», разгадавший саму суть этой тайны, рассказывает:

Мы начали работать над этим вопросом после того, как однажды сели на поезд в Лидсе.

Выглянув в окно, я был поражен тем, что, как мы узнаем деревья и другие виды растений с расстояния в значительной степени основываясь на углах наклона, на которых отклонены их ветви от ствола.

Эти характерные углы буквально повсюду вокруг нас и то же самое происходит и под земнлей; различные сорта в пределах вида растений часто отличаются очень четкой архитектурой корневой системы, которая в основном определяется углом роста боковых корней.

Эта казалось бы простая загадка, как растение устанавливает и поддерживает эти углы ветвей, осложняется тем, что угол корней и побегов ветвей обычно не определяется относительно главного корня или стеблей, из которых они растут, но относительно силы тяжести.

Если растение наклонено в одну сторону, то ветви с этого бока начинают расти с изгибом, известным как гравитропизм, что переориентирует ветви обратно к их оригинальному углу роста относительно силы тяжести.

В случае, если главный корень или стебель, растет в вертикальном положении, механизм предельно понятен: клетки статоциты, способные воспринимать силу тяжести, обнаруживают, что растение было наклонено, вызывая подвижность стебля регулирующего рост гормона ауксина в новых отростках корня или верхних ветках стебля.

При возврате в вертикальное положение статоциты прекращают повышенную подачу ауксина на одну сторону растения, и изгибы прекращают расти.

Загадкой для исследователей оставалось, почему же ветви и корни в архитектуре растения расположены под углом к гравитационному давлению, вместо того, чтобы расти полностью в вертикальном положении.

Ученые не понимали, как растения были в состоянии установить, относительно силы тяжести, конкретные невертикальные углы роста их ветвей, известные как «гравитропически заданные углы», которые и определяют их архитектуру.

Доктор Кепински поясняет: «Мы обнаружили, что другая составляющая роста -« анти-гравитропическое смещение» противодействует нормальному гравитропическому росту в этих боковых ветвях.

Этот механизм смещения поддерживает рост на другой стороне ветви гравитационно-чувствительного роста и предотвращает возможность роста ветви не под заданным углом, а вертикально.

Оказывается, что этот компенсационный рост также обусловлен ауксином, тем же гормоном, который вызывает реакцию роста нижней части ветки на силу тяжести».

Растущие близко к вертикальному положению ветки обладают слабым анти-гравитропическим смещением, в то время как в ветках, которые растут под углом, анти-гравитропическое смещение относительно сильно.
Доктор Кепински добавляет: «Это можно сравнить с тем, как управляется танк или колесный пароход.

Если вы хотите ехать в одном направлении, вы ускоряете работу педалей или вращающих колес на другой стороне.

Если вы хотите выпрямить ход, вы балансируете их скорость или в нашем случае «скорость» роста по обе стороны в данной невертикальной ветке, анти-гравитропическое смещение постоянно, в то время как воздействующая сила тяжести увеличивается в соответствии с величиной роста и тем, как далеко сильно отличается положение ветви от вертикального.

Анти-гравитопическое смещение создает надежную систему для поддержания целого ряда ветвей, растущих под углом.

Команда ученых из Лидса доказала наличие смещения при помощи клиностата, который медленно вращал посаженное на нем растение, тем самым лишая стабильных гравитационных сил, и позволяя ученым соединить за работой анти-гравтропического смещения в действии, без воздействия гравитопических сил.

В этих условиях исследователи отметили, что ветки и корни росли, изгибаясь наружу от основного корня или стебля, в то время как обычно такой их рост компенсируется силами, чувствительными к гравитационному воздействию.

Угол роста — исключительно важная деталь для адаптации растения, так как именно он определяет способность растений получать ресурсы над и под землей.

В зависимости от того, в какой почве растет растение, для него будет выгоднее распространять корни в верхних слоях или же пустить их глубже. Аналогично и с отростками, растение может получить преимущество от более крутого наклона ветвей, что поможет ему избежать затенения из соседних растений.

До сих пор никто толком не знал, как же растения отращивают и поддерживают не-вертикальный рост ветвей и корней относительно силы тяжести, — рассказывает доктор Кемпински.

Произведенные открытия важны для разведения растений и развития биотехнологических подходов к улучшению сельскохозяйственных культур, потому что заводчики и семенные компании хотят иметь возможность изменять архитектуру растений для оптимизации производительности сельскохозяйственных культур.

Например, известно, что угол бокового роста корней является критическим для увеличения поглощения питательных веществ как для широколиственных, так и для зерновых культур.

Результаты исследования дают инструменты и научные подходы, которые помогут справиться с этими проблемами и улучшить сельскохозяйственные культуры.

Команда использовала цветущее растение Arabidopsis THALIANA (Резухови́дку Та́ля), а также горох, фасоль и рис в своих экспериментах, регулярно наблюдая схожие результаты.

Кепински ожидает того же механизма, который будет наблюдаться в крупных предприятиях и молодых саженцев деревьев.

В старых деревьев, приводные механизмы тяжести чувствительного роста древесных тканей отличаются от тех, в не-древесных растений. Тем не менее, Kepinski говорит те же общие принципы могут быть платными.

Источник

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

8 + 8 =