Обрезка удаляет основной стебель и имитирует действия млекопитающих, которые едят растения в дикой природе.Исследование, опубликованное в журнале Ecology, впервые обнаружило эту связь и проследило ее до трех взаимосвязанных молекулярных путей. По словам исследователей, открытие может привести к разработке новых методов ускорения роста растений при одновременном снижении потребности в инсектицидах.«Можно подумать, что растение будет либо производить много защитных химикатов, чтобы предотвратить его употребление в пищу, либо оно будет направлять свою энергию на повторное развитие после употребления в пищу — но не то и другое, учитывая его ограниченную энергию», — сказал аспирант Майлз Меса. , который руководил исследованием с профессором биологии животных Университета Иллинойса Кеном Пейджем. «Но мы обнаружили, что растения, которые перекомпенсировали — с более высоким репродуктивным успехом после повреждения — также производили больше защитных химических веществ в своих тканях».
По словам исследователей, около 90 процентов травянистых цветковых растений участвуют в процессе, называемом эндоредупликацией — дублировании всего генетического материала в своих клетках без деления клеток. Этот процесс увеличивает размер клеток, позволяя растениям быстро восстанавливаться после повреждений.Каждый раунд эндоредупликации удваивает выход клетки.
Наличие вдвое большего количества активных генов означает, что клетка может выкачивать больше белков, необходимых для выполнения клеточных задач.Некоторые растения снова и снова размножают свои геномы в ответ на просмотр. Одним из примеров является алая гилия, растение с красными цветками, которое растет в западной части Северной Америки и используется лосями и оленями-мулами. Пейдж изучает его реакцию на еду.
«Мы наблюдаем двукратный и трехкратный рост урожайности после того, как он был сокращен — в том же сезоне», — сказал он.Пейдж обнаружил сверхкомпенсацию и сообщил об этом в 1987 году, но, по его словам, почти никто из его коллег по биологии растений этому не верил. По словам Пейдж, идея о том, что просмотр может повысить репродуктивный успех некоторых растений, противоречит здравому смыслу. Исследовательскому сообществу потребовалось более десяти лет, чтобы принять эту науку; даже сегодня почти никто в биологии растений не изучает молекулярную биологию сверхкомпенсации.
Новое исследование было сосредоточено на Arabidopsis thaliana, члене семейства горчичных, который часто используется в исследованиях. Пейдж и его коллеги уже определили молекулярный путь, который способствует эндоредупликации в этом растении, наряду с важным регулятором пути эндоредупликации, молекулой под названием ILP1.Исследователи обнаружили, что, увеличивая экспрессию гена ILP1, они могут увеличить эндоредупликацию в генетических разновидностях A. thaliana, которые обычно не чрезмерно компенсируются. По словам исследователей, это привело к большему производству семян у измененных растений и увеличению экспрессии защитных соединений в тканях растений.
Это возможно, потому что молекулярный путь, который вызывает эндоредупликацию, также влияет на два других пути: окислительный пентозофосфатный путь для первичного метаболизма и путь шикимата, который повышает химическую защиту растений, сказала Пейдж.«Есть положительная обратная связь», — сказал он. «Когда вы увеличиваете количество хромосом за счет эндоредупликации, вы увеличиваете экспрессию генов, что увеличивает способность растения производить больше защитных соединений и нуклеотидов для производства ДНК для повторной эндоредупликации».
По словам Пейдж, новые результаты могут привести к повышению урожайности сельскохозяйственных культур и сокращению использования пестицидов.Национальный научный фонд поддерживает это исследование.