Ученые из Университета Массачусетса в Амхерсте создали гидропонную платформу для изучения узловых корней злаков. Эта система, как сообщается в журнале Plant Methods, позволит быстрее исследовать признаки, отвечающие за устойчивость таких культур, как пшеница. Речь идет в том числе о сопротивляемости полеганию – излому или наклону стеблей из-за ветра и дождя, что ведет к значительным потерям урожая.
Узловые корни, которые растут из узлов стебля, а не из семени, критически важны для злаков. Они закрепляют растение в почве, помогают ему поглощать воду и питательные вещества, а также придают механическую стабильность. Изучать их в грунте сложно: корни не видны, а меняющиеся условия среды могут искажать результаты экспериментов. Новая платформа решает эту проблему, создавая контролируемую и полностью наблюдаемую среду для роста.
Гидропонная установка позволяет выращивать растения без почвы и после стадии проростка. Исследователи могут применять гормоны и другие химические вещества непосредственно к корням, наблюдая за их развитием. Система дает возможность отбирать образцы для анализа на любом этапе и сопоставлять видимый рост с изменениями во внутренней анатомии корневых клеток.
Систему протестировали на хлебной пшенице и на модельном злаке Brachypodium distachyon. С помощью гистологии и количественной визуализации ученые изучали, как разные растительные гормоны влияют на утолщение вторичных клеточных стенок – ключевой фактор, определяющий прочность корней. Они смогли измерить изменения не просто в корне в целом, а в отдельных слоях клеток, таких как кора и проводящие ткани.
Эксперименты показали, что разные гормоны по-разному регулируют развитие корней. Гибберелловая кислота и цитокинин заметно увеличивали толщину клеточных стенок как в коре, так и в проводящих тканях. Ауксин же в основном стимулировал появление и рост новых корней в длину, но почти не влиял на их прочность. Это говорит о том, что механизмы, управляющие ростом корней и их укреплением, во многом независимы.
Гормон жасмонат, участвующий в стрессовых реакциях растения, действовал более избирательно: он влиял на клеточные стенки только во внешних тканях корня. Исследование также показало, что увеличение содержания лигнина – полимера, придающего жесткость клеточным стенкам, – не всегда прямо пропорционально их утолщению.
По словам авторов, их метод – это инструмент, который связывает гормональную сигнализацию с анатомией корня. Сами по себе лабораторные результаты не доказывают, что вызванные гормонами изменения сделают посевы более устойчивыми в полевых условиях засухи или болезней. Однако платформа дает точный инструмент для проверки генетических вариаций и стрессовых факторов, что может значительно ускорить выведение новых сортов злаков, лучше приспособленных к меняющемуся климату.