Магнитотропизм — это движение или рост растений в ответ на стимул, предоставляемый магнитным полем в растениях (особенно сельскохозяйственных растениях) по всему миру. Как естественный фактор окружающей среды на Земле, изменения уровня магнитного поля вызывают множество биологических эффектов, включая скорость прорастания , время цветения , фотосинтез , накопление биомассы , активацию криптохрома и рост побегов . [1]
Как адаптивное поведение, магнитотропизм признается методом улучшения сельскохозяйственного успеха, используя хорошо изученную модель растения Arabidopsis thaliana , типичное небольшое растение, которое произрастает в Европе и Азии с хорошо известными геномными функциями. В 2012 году Сюй и др. провели эксперимент с почти нулевым магнитным полем при белом свете и условиях длинного дня, используя самодельное оборудование, объединяющее три пары катушек Гельмгольца в вертикальном направлении, север-юг, восток-запад, компенсируя почти нулевое магнитное поле. Сюй отметил, что в почти нулевом магнитном поле Arabidopsis thaliana задерживает время цветения , изменяя уровень транскрипции трех генов флоригена , связанных с криптохромом : PHYB , CO и FT ; Arabidopsis thaliana также индуцировал большую длину гипокотиля при белом свете в почти нулевом магнитном поле по сравнению со стандартным геомагнитным полем и либо темными, либо белыми световыми условиями. [2] Кроме того, накопление биомассы уменьшается в почти нулевом магнитном поле, в то время как Arabidopsis thaliana переключается с вегетативного роста на репродуктивный рост. [3] Только недавно Аглиасса провела аналогичный эксперимент, продолжив открытие Сю и др., которые обнаружили, что Arabidopsis thaliana задерживает цветение , укорачивая длину стебля и уменьшая размер листьев. Это выражение показывает, что почти нулевое магнитное поле вызвало подавление нескольких генов цветения , включая гены FT в меристеме и листьях, что связано с криптохромом . [4]
Хотя предварительные эксперименты показали широкий спектр эффектов, вызванных магнитным полем, механизм еще не выяснен. Зная, что задержка цветения подавляет гены, связанные с криптохромом, на которые влияет почти нулевое магнитное поле под синим светом, криптохром рассматривается как потенциальный магнитосенсор по нескольким соображениям. Основываясь на модели радикальной пары, криптохром будет магнитосенсором в светозависимой магниторецепции, поскольку криптохром развил значительную роль в поведении растений, включая прием и регуляцию синего света, деэтиоляцию , циркадный ритм и фотолиазу . [5] В процессе фотоактивации синий свет попадает на криптохром и принимает фотон к Флавину, в то время как триптофан одновременно получает фотон от другого донора триптофана . Из-за геомагнитного поля эта комбинация будет вращаться от южного полюса к северному полюсу Земли и преобразовывать два отдельных фотона обратно в его неактивные состояния покоя в аэробной среде. [6] Основываясь на нескольких изменениях поведения из-за изменений магнитного поля, многие ученые-ботанологи обратили внимание на криптохром как на кандидата на роль магнитосенсорного рецептора. До сих пор взаимодействия между сигналами и молекулами магниторецепторов еще не обнаружены, что оставляет потенциальное пространство для будущих исследований, в то время как понимание магнитотропизма будет иметь важное значение для улучшения форм жизни и экологии, таких как сельское хозяйство .