Как отсутствие гравитации влияет на растения

Семена огурцов, начавшие рост на околоземной орбите, указали на роль белка CsPIN1, который «чувствует» гравитацию и направляет действие гормонов роста.

Уже довольно давно известно, что растения способны «чувствовать» направление действия сил притяжения и соответствующим образом распределять градиент ауксинов – растительных гормонов роста и развития. Но чтобы лучше понять, как эти процессы реализуются на клеточном уровне, японские ученые исследовали рост семян огурца на борту МКС, в условиях микрогравитации.

Хидеюки Такахаси (Hideyuki Takahashi) и его коллеги выбрали огурцы, поскольку они, как представители семейства тыквенных (Cucurbitaceae), на ранних стадиях развития формируют особые «крючки», расположенные между растущим корнем и стеблем. Они позволяют растению закрепляться в почве и облегчают пробивание ростка через плотную семенную оболочку, а направление их роста определяется именно гравитацией. Если семя размещается верно (вертикально, нужной стороной вверх), то «крючки» растут горизонтально у поверхности грунта. Если семя лежит горизонтально, рост «крючка» с верхней стороны подавляется гравитацией. Ну а на МКС он растет в любом случае.

В новой работе Такахаси и его соавторы использовали такие растения, доставленные с МКС, изучив поведение белка CsPIN1, активность которого регулируется гравитацией, и впервые показав, что именно он может служить «передаточным звеном» между гравитацией и гормональной реакцией растения, которая проявляется и в направлении роста «крючков». Об этом ученые пишут в статье, опубликованной журналом Nature Microgravity.

Поместив семена огурцов в специально разработанные контейнеры, ученые снова отправили их на орбиту. Одна группа растений развивалась здесь в обычных условиях микрогравитации, а вторая – при не слишком быстром центрифугировании, которое имитировало слабую (1g) гравитацию. Эксперимент продолжался всего два часа, после чего начавшие рост семена космонавты фиксировали в сложном растворе на основе спирта и возвращали на Землю.

Здесь Такахаси с коллегами сравнили состояние тех и других растений, прокрасив их ткани на наличие CsPIN1 и выяснив расположение этого белка в клетках. Оказалось, что под действием гравитации CsPIN1 перемещается в переходную зону между корешком и гипокотилем (промежуточной областью между корнем и стеблем). По словам ученых, это заставляет клетки формировать транспортный канал, по которому гормоны роста могут перемещаться из одной части растения в другое и управлять его развитием в соответствии с гравитацией.