Научный взгляд: как растения залечивают раны

Растения состоят из очень жестких клеток, что позволяет им, подобно кирпичам в стене, сохранять форму и стоять вертикально под действием силы тяжести. Однако, как и любой живой организм, растения могут быть повреждены, например, ветром или насекомыми. В то время как у людей и животных есть клетки, которые движутся вместе с кровью, растениям для обнаружения и залечивания ран пришлось разработать совершенно другой механизм из-за их жесткости и неподвижности.

Ученые академии наук Австрии с помощью микроскопии проанализировали процесс заживления ран растения.

Результаты исследования дают точное представление о том, что происходит после повреждения, а именно растительная ткань немедленно перестраивается и заставляет клетки делиться, чтобы закрыть рану.

Внутри корня клетки растения находятся под высоким давлением. Когда ткань повреждается, клетки погибают. Они лопаются и разрываются, создавая пустоту, которую необходимо заполнить как можно быстрее. Соседние клетки действуют как первые помощники, втягиваясь в эту пустоту. Клетки удлиняются и начинают делиться, давая начало новым клеткам, которые в итоге запечатывают рану. В то время как клетки корня обычно делятся только вниз, под действием силы тяжести, в наземных органах растения они могут делать это в нескольких направлениях.

Для визуализации механики процесса заживления ученые использовали специально разработанный микроскоп, оснащенный лазером. Лазерный луч повреждал ткань растения, а микроскоп записывал, что происходит дальше.

Проанализировав видеоматериал, исследователи обнаружили, что микротрубочки — динамические белковые структуры в клетке, которые помогают разделять генетический материал во время деления, реагируют на механические изменения. Когда клетки растягиваются, микротрубочки перестраиваются и запускают процесс клеточного деления.

Это новое исследование показывает, что процессы развития и регенерации тканей можно понять с помощью принципов механики. Оно также подчеркивает удивительную эффективность растений в заживлении повреждений — способность, которой они должны обладать, поскольку постоянно подвергаются воздействию сил природы.

В условиях экологических проблем понимание того, как растения заживляют раны, открывает большие перспективы для развития сельского хозяйства. Например, фермеры могут учитывать эти особенности при переходе на более устойчивые культуры для суровых условий, таких как чрезвычайно засоленные или песчаные почвы.

Устойчивость растений к абиотическим и биотическим факторам является важной составляющей в получении стабильно высокого урожая. В научных подразделениях Всероссийского центра карантина растений Россельхознадзора (ФГБУ «ВНИИКР») проводятся исследования растений и поиск форм, устойчивых к карантинным и особо опасным болезням растений.

Источник: Lukas Hoermayer et al, Mechanical forces in plant tissue matrix orient cell divisions via microtubule stabilization, Developmental Cell (2024). DOI: 10.1016/j.devcel.2024.03.009