Секрет устойчивости водных растений

Наводнения и засухи являются большим стрессом для большинства надземных растений. Очень часто они становятся причиной гибели тех или иных культур во время обильных дождей и весенних паводков. Однако водные растения и растения заболоченных мест, всю жизнь обитающие в условиях затопления, выработали определенные механизмы, позволяющие им справляться со стрессовыми условиями. Ученые из Нагойского университета в Японии предполагают, что эти особенности можно будет привить другим растениям, таким образом повысив их шансы на выживание в неблагоприятной среде.

Дело в том, что болотные и водные растения обладают особой тканью — лизигенной аэрэнхимой. Она состоит из специальных каналов, которые передают воздух погруженным в воду корням. Во время наводнения корни не могут поглощать кислород и другие газы. В ответ растение создает воздушные пути, соединяющие подводные части растения с частями, находящимися над водой. Также эти воздушные каналы делают процесс дыхания менее энергозатратным и могут помочь растению сохранять энергию в случае засухи или недостатка питательных веществ.

Исследования показали, что для образования аэренхимы во время нормального роста корней необходим фитогормон ауксин. Образование ткани начинается, когда корни погружаются под воду, оказываясь в анаэробной (безвоздушной) среде. Из-за ограничения газообмена в корнях начинает накапливаться этилен. Это запускает выработку фермента RBOH, ответственного за производство активных форм кислорода (АФК). Высвобождающиеся АФК запускают в тканях гибель клеток, образуя полости для прохождения воздуха. RBOH также может активироваться в присутствии ионов кальция, которые транспортируются из апопласта — структур, ответственных за перенос воды. Правда, это происходит позже, когда растение длительное время находилось в затоплении и начало испытывать нехватку кислорода.

Интересно, что затопление — не единственный случай, когда аэрэнхима помогает растениям адаптироваться. Эта структура также встречается у горных растений, произрастающих в условиях засухи и недостатка питательных веществ. Было обнаружено, что низкие концентрации азота и фосфора повышают чувствительность к этилену, стимулируя образование аэренхимы.

Исследователи Такаки Ямаути и Микио Наказоно предполагают, что с помощью генной инженерии можно будет стимулировать рост аэрэнхимы у растений, лишенных ее от природы. Это поможет спасти от гибели многие сельскохозяйственные угодья и сады в районах, часто подвергающихся затоплению.