Британский ученый Мартин Ходсон из Оксфордского университета Брукса обобщил 45-летний опыт исследований кремния в растениях, показав, как эта область из нишевой дисциплины для нескольких ученых превратилась в глобальное научное направление. Обзор опубликован в журнале Plant and Soil.
Растения поглощают растворимые соединения кремния из почвы и накапливают его в виде микроскопических твердых частиц – фитолитов. Долгое время считалось, что этот элемент не играет существенной биологической роли. Однако исследования показали, что накопленный кремний повышает устойчивость растений к болезням, вредителям и неблагоприятным условиям, таким как засуха. Это делает его важным фактором в агрономии, особенно при выращивании таких культур, как рис, пшеница и сорго.
Как отмечает Ходсон, до 1980-х годов исследованиями кремния занимались единичные специалисты в разных странах, общавшиеся по почте. Прорыв произошел в 2006 году, когда группа японских ученых под руководством Цзянь Фэн Ма обнаружила у риса ген, кодирующий белок-транспортер Lsi1. Это открытие, опубликованное в журнале Nature, впервые объяснило молекулярный механизм поглощения кремния корнями растений и, по мнению Ходсона, стало самой важной экспериментальной работой за последние 45 лет.
Открытие Lsi1 стимулировало изучение целого семейства белков, которые отвечают за транспорт кремния внутри растения. В 2010-х годах ученые уточнили, как именно он откладывается в клеточных стенках, и даже выявили белок, который осаждает диоксид кремния в клетках сорго. Параллельно развивается гипотеза, согласно которой кремний выступает в роли пассивного внешнего барьера, физически мешая проникновению патогенов.
Сегодня перед исследователями стоят новые задачи. Одна из ключевых – оценка потенциала фитолитов для связывания углерода в почве, что может иметь значение для борьбы с изменением климата. Кроме того, для анализа формы и идентификации фитолитов злаков начинают применять технологии машинного обучения. Однако, как заключает Ходсон, фундаментальные вопросы остаются без ответа: почему одни виды растений активно накапливают кремний, а другие – нет.