Каждое семя начинает с простой цели: добраться до воды, собрать питательные вещества и оставаться в вертикальном положении. Под поверхностью кончики корней исследуют почву, простираясь в ветви, которые поддерживают жизнь растения. Исследователи проследили момент появления этих ветвей до аутофагии, пути переработки, который многие связывают с пользой голодания для здоровья.
Ученые из Копенгагенского университета картировали этот путь в живых сеянцах. Они наблюдали, как фактор транскрипции ARF7 исчезает и возвращается предсказуемыми волнами, каждая из которых связана с всплеском гормона роста ауксина. «Голодание стало популярным, поскольку оно, по-видимому, оказывает множество полезных для здоровья эффектов на людей, поскольку периоды без еды заставляют организм активировать процессы очистки, чтобы избавиться от различных отходов в клетках», — объясняет доцент Элеазар Родригес.
Процесс основан на NBR1, метке, которая направляет использованные белки к вакуоли для расщепления. Каждое удаление ARF7 перезагружает сигнальную цепь, чтобы она могла снова сработать через несколько часов. Когда аутофагия замедляется, ARF7 накапливается, сообщения затягиваются, и корень теряет свой обычный ритм. Эта картина напоминает циркадные ритмы, которые направляют открытие листьев, но сосредоточены исключительно на построении скрытой половины растения.
Группа отключила ключевые гены аутофагии, чтобы проверить пределы пути. Мутантные сеянцы производили меньше боковых корней и впитывали меньше воды. «Когда мы нарушили аутофагию растения, повсюду были отходы, и мы смогли обнаружить белок ARF7 среди отходов», — говорит Родригес. Микроскопия выявила раздутые вакуоли, полные мусора, что привело к редкому и неэффективному корневой системе.
Поскольку набор инструментов для переработки используется совместно цветковыми растениями, результаты открывают новые возможности для селекционеров и компаний, разрабатывающих микробные добавки для почвы. Настройка аутофагии или корректировка меток NBR1 может позволить корням искать влагу глубже в почве и захватывать удобрения до того, как они будут смыты, улучшая урожай без дополнительных затрат. Пилотные участки в Дании уже тестируют эти идеи в условиях меняющихся режимов дождей.