Растениям свойственно тянуться вверх, преодолевая притяжение Земли. Однако недавние исследования показали: у них есть и противоположный механизм, который буквально заставляет их прижиматься к почве. Группа биологов из Японии и США изучила модельное растение Arabidopsis thaliana и обнаружила, что за направлением роста стоит сложная система молекулярных сигналов, где ключевую роль играют белки LAZY и SLQ1.
Эксперименты с генетически модифицированными растениями позволили ученым выявить неожиданные детали. Отключив у арабидопсиса (Arabidopsis thaliana) все основные гены семейства LAZY, исследователи заметили: стебли перестают тянуться вверх и начинают стелиться по поверхности. Ранее считалось, что причина — потеря способности ощущать гравитацию. Но новые данные опровергают это представление.
Два противоположных сигнала: кто управляет направлением роста
Внутри специализированных клеток-статоцитов у растений находятся статолиты — плотные крахмальные гранулы. Под действием гравитации они оседают на нижнюю часть клетки, где взаимодействуют с белками LAZY. Этот контакт запускает перераспределение гормона ауксина, который отвечает за изгиб стебля и его рост вверх.
Когда LAZY отсутствует, растение не теряет ориентацию полностью. Вместо этого активируется другой белок — SLQ1. Он берет на себя управление и перенаправляет поток ауксина так, что стебель начинает расти вниз, прижимаясь к земле. Такой эффект получил название положительного гравитропизма, противоположного привычному для большинства растений.
Генетический эксперимент: как удалось «починить» сломанный механизм
Ученые провели масштабный скрининг мутантов, чтобы найти мутацию, способную восстановить вертикальный рост у растений без LAZY. Им удалось выделить особую линию арабидопсиса, у которой, несмотря на отсутствие LAZY, стебли вновь тянулись вверх. Анализ показал: причина в мутации гена SLQ1 (Suppressor of Lazy Quadruple 1). Этот белок локализуется в местах контакта эндоплазматического ретикулума и клеточной мембраны, где формирует комплекс с другим белком — SETH6. Вместе они регулируют транспорт ауксина, влияя на направление роста.
Оказалось, что в нормальных условиях LAZY и SLQ1 работают одновременно, но с разной силой. LAZY формирует мощный сигнал, заставляющий растение расти вверх, а SLQ1 — более слабый, направляющий стебель вниз. В здоровом растении побеждает LAZY, обеспечивая вертикальный рост. Если LAZY отключить, SLQ1 берет верх, и растение стелется по земле.
Неожиданные открытия: есть ли у растений еще один «компас»?
Самым удивительным результатом стало то, что при одновременном отключении обеих систем — и LAZY, и SLQ1 — растения все равно сохраняли слабую способность тянуться вверх. Это говорит о существовании еще одного, пока неизвестного механизма, который помогает определять направление роста относительно гравитации.
Авторы работы подчеркивают: рост растения — это не просто выполнение одной команды, а результат баланса между конкурирующими молекулярными путями. Меняя соотношение активности LAZY и SLQ1, растение может точно регулировать угол наклона ветвей и формировать оптимальную структуру кроны. Это открытие может привести к пересмотру классических представлений о гравитропизме и открыть новые возможности для селекции культурных растений.
Молекулярная борьба за архитектуру: зачем растениям два противоположных сигнала
Понимание того, как растения управляют своим ростом, важно не только для фундаментальной науки. Эти знания могут быть использованы в сельском хозяйстве для создания сортов с заданной формой кроны или устойчивостью к полеганию. Кроме того, открытие альтернативных путей гравитационного ответа может помочь в выращивании растений в условиях невесомости, например, на космических станциях.
Исследование также поднимает вопрос о том, как растения эволюционно пришли к такой сложной системе регуляции. Возможно, наличие двух противоположных сигналов позволяет им быстро адаптироваться к изменяющимся условиям среды, например, при повреждении или затенении.
Если Вы не знали, Arabidopsis thaliana — одно из самых изученных растений в мире. Его геном полностью расшифрован, а короткий жизненный цикл и простота выращивания сделали его незаменимым объектом для генетиков и физиологов. Благодаря исследованиям на арабидопсисе были открыты ключевые механизмы роста, развития и реакции на стресс. Именно на этом растении впервые выявили семейство генов LAZY, а теперь и новый белок SLQ1, который может изменить наше понимание того, как растения чувствуют и преодолевают гравитацию.
