Поглощение корнями питательных веществ и воды из почвы должно быть избирательным, особенно когда окружающая среда токсична для растений. Суберин, присутствующий в корнях растений, представляет собой вещество, состоящее из липидов, которое действует как защитный барьер от различных стрессов окружающей среды.
Действительно, предыдущее исследование Мари Барберон, профессора кафедры ботаники и биологии растений факультета естественных наук UNIGE, показало, что суберин – основной компонент пробки – может покрывать клеточные стенки или наоборот. разлагаться, чтобы изменить проницаемость корней для питательных веществ, присутствующих в окружающей среде. Таким образом, слой суберина защищает растение от потери воды и присутствия токсичных элементов, таких как соль или кадмий, но также может оптимизировать усвоение питательных веществ, необходимых для роста.
Четыре ключевых фактора в модельном растении арабидопсис
Чтобы понять, как регулируется присутствие суберина, международная группа под руководством Мари Барберон заинтересовалась определенными регуляторами, присутствующими в энтодерме, клеточном слое, окружающем сосуды, транспортирующем сок, и который формирует суберин. Это исследование проводилось на широко используемом в биологии растений модельном организме Arabidopsis thaliana. «Мы смогли использовать одну из характеристик этого растения, а именно прозрачность его корней, для непосредственного наблюдения под микроскопом наличия или отсутствия суберина после окрашивания и смогли определить факторы, необходимые для его производства», – объясняет Винай Шукла, исследователь. на кафедре ботаники и биологии растений и первый автор этого исследования. Это позволило биологам идентифицировать четыре основных белка, ответственных за образование суберина в энтодерме. «Таким образом мы получили растения, корни которых всегда покрыты суберином. «Используя метод CRISPR / Cas9, мы также создали четырехкратный мутант для этих белков, у которого нарушена выработка суберина», – продолжает Винай Шукла.
К сверхустойчивым растениям
Эти модифицированные растения арабидопсиса затем выращивали в среде с различным уровнем натрия, питательного вещества, содержащегося в соли и необходимого для роста растений, но который может стать токсичным, если присутствует в почве в высоких концентрациях. «Мы заметили, что растения, корни которых постоянно покрыты суберином, поглощают меньше натрия, чем растения без. С другой стороны, последние менее устойчивы к токсичным концентрациям », – комментирует Мари Барберон.
Это открытие ключевых факторов, регулирующих образование суберина в корнях, дает ценные генетические инструменты для более точного изучения его роли в поддержании баланса питательных веществ в растениях, а также в устойчивости к солевому стрессу, засухе или наводнениям. Эти результаты также могут иметь значительное агрономическое воздействие, если использовать суберин и факторы, определенные в этом исследовании как корневые признаки, для отбора растений, более устойчивых к неблагоприятным условиям окружающей среды.