Изследователи от Университета на Уисконсин-Мадисън откриха къде точно в растителните стъбла действа важен фоторецептор – находка, която може да помогне на производителите да подобрят успеваемостта на култури като соята.

Изследването, публикувано в списание Current Biology, внася ново разбиране за начина, по който разсадът открива светлината в околната среда и определя стратегията си за растеж.

Изследователите знаят, че фоторецепторите помагат на разсадите да определят кога са достигнали достатъчно слънчева светлина, кога да спрат да удължават стъблата си и кога да започнат фотосинтеза за производство на енергия. Но досега те не бяха сигурни къде в разсада действат тези фоторецептори. Ето защо трябваше да разгледат цялото растение, за да изследват произтичащите от това явления.

„За първи път осъзнахме, че ефектът на тези фоторецептори не е навсякъде по стъблото и че различни фоторецептори контролират различни области на стъблото“, обяснява Едгар Спалдинг, професор по ботаника в Университета на Уисконсин-Мадисън.

Спалдинг, заедно с докторанта Джулиан Бустаманте и научния работник по данни Нейтън Милър, изолират ефектите на определени фоторецептори чрез редактиране на генетични манипулации и заснемат растежа на малки покълнали разсади с високочувствителни камери. Те анализират снимките с помощта на машинно обучение и високопроизводителните изчислителни ресурси на Университета на Уисконсин-Мадисън, за да определят къде всеки фоторецептор контролира растежа на стъблото.

Установяването на посева - здравословното ранно развитие на растението, което се вкоренява в почвата - е критичен показател за успеха на културата. Разбирането на това как точно фоторецепторите допринасят за този уязвим период на растеж е от голям интерес както за земеделските производители, така и за изследователите.

За да поникне, растението удължава стъблото си, за да пробие почвата, докато фоторецепторите му открият достатъчно слънчева светлина, която би позволила на растението да генерира собствена енергия чрез фотосинтеза. Преди това то трябва да разчита на ограничения запас от енергия и хранителни вещества, съхранени в семената му.

Понякога, след като семенцата излязат от почвата, те могат да бъдат покрити отново с пръст от вятъра, хранещо се животно или други фактори. Без достатъчно излагане на слънчева светлина фоторецепторите сигнализират на растението, че то вече не може да произвежда енергия чрез фотосинтеза. Но благодарение на фоторецептор, наречен криптохром-1 (cry1), това не е краят на разсада.

Спалдинг и екипът му откриват, че cry1 не само контролира удължаването на горната част на стъблото на растението, но и играе роля за връщането на растението към слънчевата светлина.

Когато растението пониква първоначално, cry1 спира пълното му удължаване, като запазва част от енергията и дължината на стъблото. По този начин, когато разсадът бъде покрит отново, този фоторецептор може да сигнализира на растението да удължи стъблото си, докато отново се издигне над почвата.

Изследователите биха могли да използват това ново познание за генетична промяна на семената, за да засилят ролята на cry1, като гарантират, че уязвимите култури имат резервната дължина на удължаване и енергия, от които се нуждаят, за да се появят отново, ако бъдат покрити отново.

Спалдинг се надява, че тази работа ще помогне да се фокусират бъдещите области на изследване на иновациите в културите и да се създадат по-устойчиви растения, които дават по-доходоносни добиви.

Източник: Phys.org