Что общего у спаржи с ванильной орхидеей? Не так уж и много, если просто смотреть на внешний вид двух растений. Однако если заглянуть внутрь, то можно увидеть, что их листья более похожи, чем кажестя, о чем свидетельствует состав их клеточных стенок. Исследовательская статья была опубликована в журнале Plant, Cell & Environment.
Изучая стенки растительных клеток, которые для растений являются тем же, чем скелеты для людей, мы можем раскрыть структуру того, как на самом деле устроены листья и стебли растений. Именно это и сделала группа исследователей из Копенгагенского университета в ходе большого комплексного исследования. При этом они создали нечто поистине новое: большой «справочный каталог» составов стенок растительных клеток 287 видов, широко представляющих все царство растений.
«Цветковые растения сумели адаптироваться к самым неприветливым и суровым условиям в мире, отчасти благодаря строению клеточных стенок. Они обеспечивают растениям как механическую структуру, так и внутреннюю транспортировку воды. Стенки растительных клеток состоят из множества различных углеводов, каждый из которых имеет уникальную структуру и функцию – вы можете думать о них как об игрушечных строительных блоках», — говорит ботаник Луиза Исагер Аль из Музея естественной истории Дании. «Хотя люди в значительной степени полагаются на растения и их углеводы в качестве пищи, строительных материалов, одежды и лекарств, наши знания об их тонкой структуре все еще весьма ограничены. Мы знаем, что углеводы являются одними из самых сложных химических структур в природе, но как они устроены? Собраны, то, как они работают и как они развивались за последние несколько миллионов лет, до сих пор во многом неизвестно».
Анализируя ткани листьев и стеблей 287 различных видов растений, исследователи исследовали связь между сверхсложными углеводами растений и их эволюционной историей, формами роста и средой обитания. Виды, включенные в исследование, представляют собой наиболее важные эволюционные ветви древа жизни растений, от водорослей до сосудистых растений.
Гипотеза исследователей заключалась в том, что форма роста и среда обитания также будут влиять на структуру клеточной стенки растения. Они ожидали, например, найти сходство в составе клеточной стенки между видами, которые были генетически далекими, но жили в одной и той же среде. Это оказалось не так.
«Например, в типичном датском буковом лесу вы найдете буковые деревья, анемоны, различные травы и другие растения. Поскольку они живут в одной и той же среде обитания, можно было бы легко подумать, что их конструкция также схожа. Однако наши "анализы показывают, что углеводный состав их клеточных стенок сильно различается. И когда мы сравниваем углеводный состав с семейной историей, средой обитания и формой роста растений, мы видим, что в первую очередь их семейная история определяет их индивидуальные структуры», - объясняет Луиза Исагер Ал.
«Таким образом, углеводный состав растения более тесно связан с местом его генеалогического древа, чем с его средой обитания и формой роста. Здесь наследие играет более важную роль, чем окружающая среда», — добавляет профессор Питер Ульвсков.
И наоборот, это также означает, что виды, которые морфологически похожи друг на друга или живут в одной и той же среде обитания, могут быть сконструированы совершенно по-разному. Хорошим примером этого является пара суккулентов, изученных учеными.
«Среди прочего, мы исследовали два суккулентных вида: нефритовое растение (Crassula ovata) и нефритовое ожерелье (Peperomia rotundifolia), оба являются обычными комнатными растениями, листья которых напоминают друг друга. Однако они принадлежат к двум разным семействам, и когда мы посмотрите на их углеводы, и окажется, что эти два растения устроены совершенно по-разному», — говорит Луиза Исагер Аль.
Ученые надеются, что другие воспользуются их большим набором данных, который находится в свободном доступе, вместе с их недавно опубликованной статьей в журнале Plant, Cell & Environment. Каталог составов клеточных стенок можно, например, использовать в качестве отправной точки для целенаправленной селекции сельскохозяйственных растений.
«Несмотря на то, что клеточные стенки растений являются важным компонентом нашей пищи, кормов для животных, текстиля и других материалов, нам еще предстоит нацелиться на селекцию культурных растений для улучшения свойств их клеточных стенок. Например, клеточные стенки в значительной степени определяют "Уровень усвояемости растительного материала. Целенаправленное разведение клеточных стенок может повысить как качество, так и устойчивость кормов для животных. Теперь есть каталог, с которого можно начать», - говорит Питер Ульвсков.
Кроме того, исследователи считают, что набор данных идеален, когда дело доходит до исследования климатически устойчивых растений.
«Наши данные могут использоваться в качестве энциклопедии или справочной базы данных для исследователей, когда они, например, хотят спланировать исследование группы растений, над которой они ранее не работали. Например, если вы хотите изучить, как виды растений в тропическом лесу, пустыни или пустоши реагируют на такие воздействия окружающей среды, как засуха, высокие уровни CO 2 или наводнения — набор данных можно использовать в качестве ориентира», — говорит Луиза Исагер Аль.
Этот тип знаний важен, потому что климатические изменения, вероятно, изменят среду обитания растений.
«Все климатические и экологические изменения, с которыми мы сейчас сталкиваемся, бросают вызов растениям планеты, а, следовательно, и людям. Потому что мы глубоко зависим от того, как функционируют растения. Если мы собираемся создать более устойчивые растения, важно, чтобы мы понять механизмы, благодаря которым они выживают или погибают. Здесь ключевую роль играет понимание их строительных блоков в виде клеточных стенок и углеводов», — заключает Питер Ульвсков.
