понедельник, 16 апреля 2012 г.

Как светолюбивые растения избегают тени

Как светолюбивые растения избегают тениУченые готовы вылечить сельскохозяйственные растения от «теневого синдрома»: открыт механизм, которые заставляет растения в тени давать более длинные стебли и менее обильные плоды. Это поможет выращивать больше пшеницы, чаще засаживая поля без потери урожайности.

Безвредные и «дружелюбные», на первый взгляд, растения живут в очень жесткой конкурентной среде, что особенно явно проявляется в борьбе за незаменимый для них источник жизни – солнечный свет. Его достаточное количество является обязательным условием для выживания растения.

Растения, напомним, – самые значимые и распространенные автотрофные организмы на Земле.

Автотрофы, в отличие от гетеротрофов, к которым относимся, например, мы с вами, способны вырабатывать органические вещества из углекислого газа, запасая в них энергию солнечного света.

Гетеротрофы способны только перерабатывать органические вещества в «кирпичики» собственного организма и расщеплять их для получения энергии. Кроме растений, автотрофами являются некоторые виды бактерий.

Таким образом, от способностей растений «добывать» солнечный свет во многом зависит все живое. И растения, неподвижно закрепленные корнями в почве, научились поворачиваться в сторону Солнца и расти в том направлении, в котором света больше. Если дерево растет рядом с высоким зданием, его крона будет бедной и ущербной со стороны здания и нормальной – со стороны, где постоянной тени нет. И даже комнатные растения не сформируют симметричную крону, если их не поворачивать: со стороны окна рост будет более активным. Кроме того, светолюбивые растения в тени вместо приземистых коротких крупных стеблей вырастят длинные и тонкие, пытаясь «найти» Солнце.

Ученые из Института биологических исследований Сэлка (США) смогли точно определить, как именно листья передают стеблям информацию о том, в каком направлении расти, чтобы избежать затенения.

Их работу публикует Genes and Development.

Исследователи обнаружили, что особый белок – фактор PIF7 – служит ключевым «почтальоном», передающим информацию от светочувствительных элементов клеток к регуляторной системе, определяющий рост стеблей.

«Мы знали, как листья чувствуют свет, и знали то, что ауксины – гормоны роста – управляют ростом стеблей. Но ничего не было известно о сигнальном пути, который связывает две эти фундаментальные системы.

Теперь мы знаем, что белок PIF7 «оповещает» систему роста о светообеспечении, и это дает нам новый инструмент для создания злаков, которые обладают особой способностью оптимизировать пространство, где они растут, для наиболее эффективного использования и повышения урожая.

Растения, снабженные повышенной способностью развиваться с максимальным использованием солнечного света, пригодятся и для производства пищи, и для роста кормовых, и для биотоплива», – полагает руководитель работы, профессор Джоан Кори, директор лаборатории биологии растений, слова которой приводит пресс-служба института.

Растения собирают информацию о ситуации со светообеспечением – в том числе, о наличии вокруг растений-конкурентов – от фоточувствительных молекул в листьях. Эти сенсоры по длине волны красного света, падающего на листья, определяют, оптимально ли освещено растение, или его частично затеняют.

Для исследования была выбрана любимая учеными резуховидка Таля (Arabidopsis thaliana) – хороший быстрорастущий модельный организм, к тому же, – первое растение, геном которого был полностью расшифрован. Она светолюбива и, конечно, когда ее листья обнаруживали, что оказались в затененном пространстве, они «отдавали приказ» стеблям расти более тонкими и длинными, чтобы дотянуться до Солнца.

Если ученые оставляли растение в тени на длительный промежуток времени, это провоцировало более раннее цветение, а семян получалось меньше, чем обычно. Таким образом, растение готовилось к гибели и пыталось распространить свое потомство, чтобы оно оказалось в более солнечных условиях.

В сельском хозяйстве это явление известно как синдром уклонения от тени: зерновые дают меньший урожай, если посажены слишком частыми рядами.

Ранее ученым удалось обнаружить, что особый пигмент в листьях резуховидки, фитохром В (PHYB), переходит в возбужденное состояние и при воздействии красного света всех длин волн, запускающего фотосинтез, и при воздействии света с длиной волны, близкой к инфракрасному спектру (таков свет в тени). Однако обнаружить прямую связь между этой реакцией на свет и гормонами роста стеблей до их пор не удавалось.

Пока профессор Кори и ее коллеги с помощью биохимических и генетических исследований не обнаружили PIF7 – молекулярное звено, связывающее в единую цепь световые сенсоры растения и систему выработки ауксинов.

Они показали, что,

когда резуховидка помещена в затененное место, в листьях запускается целый каскад реакций: фоторецептор PHYB вызывает химические изменения в PIF7, который затем активирует гены, заставляющие клетки производить ауксин, чтобы вырастить более длинные стебли.

«Теперь мы не только знаем, что ауксин вырабатывает в листьях и переносится в стебли, стимулируя рост, но и то, как именно недостаток солнечного света стимулирует листья производить ауксин. Контроль такой важной функции оказался достаточно простым», – отмечает Кори.

Открытие переходит к специалистам по агрокультурам, которые попытаются вывести растения, менее подверженные синдрому уклонения от тени, а значит, способные производить большее количество зерна при уплотнении посадок.
Оригинальная статья

Поделитесь этой новостью с Вашими друзьями!

Ранее в рубрике "Другие новости науки и техники":

Электросамолёт на солнечных батареях удвоил дальность полёта
Прошлым летом германская компания PC-Aero представила одноместный электросамолёт Elektra One, имевший дальность до 480 км; из 300 кг его полной массы 100 кг приходилось на аккумуляторы. Новая модель — Elektra One Solar, которую производитель покажет 18 апреля на AERO-2012, получила солнечные батареи на крыльях и оперении, достигнув при этом дальности в 1 080 км. Впервые электросамолёт, пригодный...
  (читать дальше)

Подтверждена генетическая предрасположенность к раку лёгкого
Предыдущие исследования показывали, что азиаты с раком лёгкого чаще прочих являются носителями мутаций рецептора эпидермального фактора роста. Более того, жители Азии с этим онконедугом гораздо реже оказываются курильщиками по сравнению с европейцами с тем же диагнозом. Специалисты из Международной ассоциации исследований рака лёгкого решили углубиться в эту тему и изучить генетические факторы и...
  (читать дальше)

Как тень заставляет растения вытягиваться
Учёные описали сигнальную цепь, связывающую световые рецепторы растения с гормонами роста. Растение всегда точно определяет, сколько света может получить. Если ему нравится свет, а расти приходится в тени, его побеги удлиняются, чтобы дотянуться до света. Если же от тени так и не удалось избавиться, растение начинает раньше цвести, то есть раньше образуются и семена. Раннее цветение помогает обе...
  (читать дальше)

Разработан новый класс адгезионных материалов
Мидии — большие специалисты по прилипанию практически к любым поверхностям, встречающимся на морском дне. Исследователи из Института исследования полимеров им. Макса Планка (Германия), вдохновлённые выдающимися свойствами адгезионных белков мидий, разработали новый адгезионный материал, который ко всему прочему (как сообщается в статье, опубликованной в журнале Angewandte Chemie) способен отстават...
  (читать дальше)

Разработана новая система видео-конференц-связи
Японская корпорация Nippon Telegraph and Telephone (NTT) продемонстрировала систему видео-конференц-связи MM-Space, создающую эффект присутствия пользователей. Исследователи считают, что при проведении встреч в реальной жизни большое значение имеет различная невербальная информация: направление взгляда, мимика, жестикуляция и пр. Система MM-Space разрабатывалась таким образом, чтобы позволить уч...
  (читать дальше)

Лекарство от облысения может негативно влиять на потенцию
Два препарата фармацевтической компании Merck получат этикетки, предупреждающие о потенциальных побочных эффектах, которые сохраняются даже после того, как пациент прекращает принимать лекарства. Решение принято Управлением США по контролю качества пищевых продуктов и лекарственных средств (FDA). Речь идёт о Propecia (борется с облысением по мужскому типу) и Proscar (лечит увеличенную предстател...
  (читать дальше)

Учёные раскрутили ротор молекулярной машины, применив «протонную смазку»
Занимаясь конструированием самых малых из возможных машин, исследователи добились большего успеха в создании молекулярных тормозов, чем ускорителей. И вот научная группа из Университета Южной Каролины наконец-то показала, где находится «молекулярная педаль газа». Как следует из публикации, появившейся в Journal of the American Chemical Society, для успешного раскручивания молекулярного ротора до...
  (читать дальше)

Белые крыши и дороги охладят Землю и уменьшат наши счета за электричество
Согласно исследованиям учёных под руководством профессора Хашема Акбари из Университета Конкордии (Канада), перекрыв крыши и дороги светлым материалом, мы существенно снизим температуру земного шара, а также сократим расходы на кондиционирование зданий. Использовав специально разработанную ими климатическую модель, учёные выяснили, что замена такого рода увеличит общее альбедо городских территор...
  (читать дальше)

Разработан новый дизайн наночастиц для биологических методов визуализации
Свет, испускаемый люминесцентными частицами, обычно обладает меньшей энергией, чем тот, который был ими абсорбирован. Однако некоторые области применения люминесцентных наночастиц, например визуализация (имиджинг), требуют, чтобы излучаемый свет характеризовался более высокой энергией фотонов, чем свет поглощённый. Но такое преобразование света с повышением его частоты (ап-конверсия) наблюдается т...
  (читать дальше)
НАСА и ЕКА будут осваивать Марс в четыре этапа
Группа учёных из Европы, Канады и США, включая специалистов НАСА и ЕКА, выделила четыре главных требования к будущим проектам, посвящённым доставке образцов марсианского грунта на Землю. Во главу угла поставлены поиск следов прошлой или нынешней жизни. Отправка человека — на последнем месте. Хотя выполнение первоочередной задачи — всё равно что поиск иголки в стоге сена, учёные полагают, что и...
  (читать дальше)

Как природа осуществляет наноразмерный контроль за солнечной энергией
Начало природного процесса захвата солнечной энергии происходит в абсорбирующих свет протеиновых комплексах, называемых фотосинтетическими реакционными центрами (РЦ). Даже после миллиардов лет эволюции Природа и не думает отказываться от находящегося в центре РЦ абсорбирующего свет гексамерного кофактора, нужного для проведения самой первой химической реакции фотосинтеза — индуцированного светом э...
  (читать дальше)

Почему секс и красный цвет взаимосвязаны
Исследователи пришли к выводу, что красные женские гениталии не возбуждают мужчин — следовательно, для сексуальной символики красного цвета нужно искать иное, менее наглядное объяснение. Обычно поведенческие эксперименты такого рода проводят на млекопитающих. Поэтому то, что в исследовании участвовали не самцы обезьян, а обычные мужчины, добавляет результатам ещё и солидную долю пикантности. С...
  (читать дальше)

Как мысли о смерти нам жить помогают
Размышления о смерти делают нас добрее и внимательнее, а вид на кладбище способен помочь с пошатнувшимся здоровьем. Общество обычно табуирует тему смерти. Считается (и тому есть подтверждения в работах психологов), что мысли о смерти негативно влияют на психику, способствуют асоциальному и даже антисоциальному поведению, и что нормальной жизни «размышления о вечном» следует держать в узде. С пси...
  (читать дальше)

Королевство кривых лучей
Обычно свет распространяется по прямой. Конечно, при помощи сред с различными коэффициентами преломления его можно отклонить. Однако новые исследования двух независимых научных групп показывают, что и сам по себе пучок света может изгибаться до 360˚. Часто новое — это хорошо забытое, но не обязательно старое. В конце 1970-х физики Майкл Берри из Бристольского университета (Великобритания) и Нанд...
  (читать дальше)

Объявлены победители конкурса подводной фотографии
Подведены итоги ежегодного конкурса подводной фотографии, который проходит под эгидой Школы морских и атмосферных наук Университета Майами (США). До участия допускаются только любители, которые зарабатывают на фотографии не более 20% своего дохода. Второе место в категории «Макросъёмка»: «фарфоровый» краб из семейства Porcellanidae, зацепившийся за полип морское перо в национальном парк...
  (читать дальше)

Заболевания дёсен, оказывается, не имеют отношения ни к инфарктам, ни к инсультам
Вот уже два десятка лет учёные твердят о связи между заболеваниями дёсен, инфарктами и инсультами. И вдруг новый анализ данных показывает, что эти заявления ошибочны. Американская кардиологическая ассоциация опубликовала в AHA journal Circulation «научный рапорт», заключающий, что периодонтит не повышает риска возникновения сердечно-сосудистых хворей и не является их причиной. Более того, нет ни м...
  (читать дальше)

Аспирин, возможно, помогает против ожирения
Салициловая кислота, образующаяся в результате расщепления аспирина, активирует расщепление жиров в клетке. Кажется, человечество вот уже более полутораста лет живёт с лекарством от всех болезней, не догадываясь о его чудодейственном всемогуществе. Не так давно проходило сообщение о том, что аспирин можно пить для профилактики рака; полным ходом исследуется его благотворное влияние при сердечно-...
  (читать дальше)

Как звучит симметрия субатомного мира?
Хотите услышать песнь позитрона? Итальянский инженер Доменико Вичинанца, кажется, готов воплотить вашу мечту. Этот человек уже экспериментировал с вулканической активностью и даже играл древнегреческую музыку с «Оркестром забытых звуков». Теперь его влечёт субатомный мир туманных и пузырьковых камер — предшественников современных детекторов частиц. Туманную камеру изобрёл в 1895 году шотландск...
  (читать дальше)

Нам бы расписания взять и отменить
Исследователи из Технологического института Джорджии (США) обнаружили, что отмена управления наземным общественным транспортом при помощи расписания и использование децентрализованной самоуправляющейся схемы позволяет сделать движение более эффективным. В работе, опубликованной в журнале Transportation Research, описан алгоритм, позволяющий минимизировать интервалы между появлениями автобусов на о...
  (читать дальше)