Японские учёные выяснили: гипергравитация увеличивает урожайность мха

от

Человеку нелегко приспособиться к повышенной гравитации, но крошечный зелёный мох прекрасно себя чувствует в таких условиях.

Команда из Японии обнаружила, что мох (Physcomitrium patens) увеличивает фотосинтез в условиях гипергравитации (в шесть и десять раз больше земной гравитации) из-за улучшенной диффузии углекислого газа (CO₂) из атмосферы в хлоропласты внутри листьев растения.

Растения адаптируются к повышенной гравитации, увеличивая размер своих хлоропластов и количество побегов мха (гаметофоров). Исследователи впервые определили ген, отвечающий за эту реакцию. Они назвали его ISSUNBOSHI1 или IBSH1 — в честь мальчика-воина ростом в дюйм из любимой японской сказки.

Результаты исследования, опубликованные в журнале Science Advances, раскрывают существование ключевого генетического механизма, который управлял эволюционным процессом, позволяя растениям адаптироваться к жизни на суше.

Как растения адаптировались к жизни на суше

Растения начали свой путь на Земле в воде. Одно из самых значительных изменений окружающей среды, к которому им пришлось адаптироваться, — выход на сушу примерно 500 миллионов лет назад.

Ранние растения, переходящие из водной среды в наземные экосистемы, теряли плавучесть и теперь подвергались воздействию гравитационного ускорения 1g. В условиях пониженной гравитации воды растениям не нужно было беспокоиться о собственном весе, но на суше им пришлось это делать.

В результате их анатомия начала меняться, развивались растительные ткани, которые обеспечивали структурное укрепление и ориентацию светособирающих компонентов растений по направлению к свету. Даже клеточная стенка претерпела некоторые структурные изменения.

Наше понимание того, как гравитация влияет на фотосинтез и генетические механизмы, стоящие за этими адаптациями, было довольно туманным. Исследователи, проводившие это исследование, в предыдущей статье сообщали, что гипергравитация в 10g удивительным образом увеличила скорость фотосинтеза у Physcomitrium patens, но основные анатомические и генетические механизмы оставались неизученными.

Для этого исследования команда выращивала мох в течение восьми недель при температуре 25 °C при различных уровнях гравитации — 1g (контроль), 3g, 6g и 10g — с использованием специальной центрифуги со встроенным светодиодом (LED) для обеспечения фотосинтетического фотона.

Чтобы отследить эффект гипергравитации, они измеряли скорость фотосинтеза, анатомические признаки, такие как размер хлоропластов и количество гаметофоров, а также проводимость CO₂ — способность небольших отверстий на поверхности листьев пропускать CO₂. Они также провели секвенирование РНК, чтобы выяснить, экспрессировались ли гены по-разному в условиях гипергравитации.

Результаты показали увеличение скорости фотосинтеза при более высоких уровнях гравитации (6g и 10g) из-за улучшенной диффузии CO₂, что стало результатом наличия большего количества побегов и более крупных хлоропластов.

Эта реакция была связана с активацией транскрипционных факторов AP2/ERF, особенно IBSH1. Исследователи подтвердили его роль, манипулируя IBSH1 у мха — сверхэкспрессия воспроизводила эффекты гипергравитации, а репрессия предотвращала эти реакции.

Исследователи предполагают, что формирование замечательной генной сети с участием факторов AP2/ERF могло быть ключевым фактором, позволившим мхам адаптироваться к жизни на суше в ходе эволюции растений. Они считают, что эти результаты могут в будущем поддержать сельскохозяйственное производство в космосе, где гравитация сильно отличается от земной.

Чтобы полностью реализовать эти возможности, будущие исследования должны выйти за рамки изучения мха и охватить более широкий спектр видов растений.

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте