Ученые объяснили, как растения узнают, что становится жарко
В последние годы учёные всё чаще обращаются к изучению того, как растения реагируют на изменения температуры, ведь такие внешние сигналы имеют решающее значение для их выживания. Несмотря на неподвижность, представители растительного мира обладают удивительными способами адаптации к окружающей среде. Температура, наряду с освещением и влажностью, оказывает сильное влияние на обмен веществ, рост и иммунитет растений. Однако механизмы, с помощью которых растения ощущают тепло, до конца оставались неясными.
Исследование, проведённое группой учёных под руководством Мэна Чэня из Калифорнийского университета в Риверсайде, позволило по-новому взглянуть на роль сахаров в этих процессах. Учёные обнаружили, что сахароза выполняет не только функцию источника энергии, но также служит своего рода температурным датчиком, запускающим активный рост растений при потеплении. Оказалось, что этот углевод может функционировать как молекулярный термостат, ослабляя механизмы, ограничивающие рост в условиях жары.
Команда Чэня сосредоточилась на исследовании поведения растения Arabidopsis thaliana при различных температурных и световых режимах. В условиях тусклого освещения повышение температуры способствовало удлинению стебля за счёт инактивации светочувствительного белка phyB, который в норме подавляет рост через подавление PIF4 — белка, ответственного за активацию роста. Однако при ярком освещении этот механизм терял свою актуальность, поскольку phyB оставался активным, но рост продолжался, что указывало на существование альтернативных термосенсоров.
Эксперименты с мутантными формами растений помогли выявить неожиданный механизм: при введении сахарозы в питательную среду даже в условиях отсутствия фотосинтеза, стебли начинали активно расти. Это дало основания предполагать, что сахар может поступать из внутренних запасов, в частности, за счёт расщепления крахмала, и играть ключевую роль в тепловом отклике. Когда учёные попытались выращивать растения, не способные расщеплять крахмал, те перестали реагировать на высокую температуру, но добавление сахарозы снова активировало рост.
Полученные данные также показали, что в условиях повышенной температуры сахароза ослабляет влияние белка phyB и способствует накоплению PIF4, запускающего процессы удлинения стебля. При этом у растений, лишённых активности белка ELF3 — другого регулятора, блокирующего PIF4 при низких температурах, добавление сахара вызывало рост даже в прохладных условиях. Это свидетельствует о наличии двухуровневой системы терморегуляции, где сахароза и высокая температура действуют совместно, чтобы точно настраивать ответ растения на изменение климата.
Исследование подчёркивает, что взаимодействие между энергетическим состоянием клетки и восприятием температуры является более сложным, чем предполагалось ранее. Согласно мнению других специалистов в области, таких как Филип Вигге из Потсдамского университета, это открытие закладывает основу для дальнейших исследований механизмов температурной чувствительности.
Теперь перед командой Чэня стоит новая задача — разобраться, какие молекулярные процессы лежат в основе расщепления крахмала в ответ на нагревание. Кроме того, учёные планируют изучить, как взаимодействие между хлоропластами и ядром координирует реакцию клеток на температурные колебания. Полученные знания могут быть использованы для разработки новых сортов сельскохозяйственных культур, способных сохранять устойчивость и продуктивность в условиях изменения климата.
Источник: www.the-scientist.com
Исследование, проведённое группой учёных под руководством Мэна Чэня из Калифорнийского университета в Риверсайде, позволило по-новому взглянуть на роль сахаров в этих процессах. Учёные обнаружили, что сахароза выполняет не только функцию источника энергии, но также служит своего рода температурным датчиком, запускающим активный рост растений при потеплении. Оказалось, что этот углевод может функционировать как молекулярный термостат, ослабляя механизмы, ограничивающие рост в условиях жары.
Команда Чэня сосредоточилась на исследовании поведения растения Arabidopsis thaliana при различных температурных и световых режимах. В условиях тусклого освещения повышение температуры способствовало удлинению стебля за счёт инактивации светочувствительного белка phyB, который в норме подавляет рост через подавление PIF4 — белка, ответственного за активацию роста. Однако при ярком освещении этот механизм терял свою актуальность, поскольку phyB оставался активным, но рост продолжался, что указывало на существование альтернативных термосенсоров.
Эксперименты с мутантными формами растений помогли выявить неожиданный механизм: при введении сахарозы в питательную среду даже в условиях отсутствия фотосинтеза, стебли начинали активно расти. Это дало основания предполагать, что сахар может поступать из внутренних запасов, в частности, за счёт расщепления крахмала, и играть ключевую роль в тепловом отклике. Когда учёные попытались выращивать растения, не способные расщеплять крахмал, те перестали реагировать на высокую температуру, но добавление сахарозы снова активировало рост.
Полученные данные также показали, что в условиях повышенной температуры сахароза ослабляет влияние белка phyB и способствует накоплению PIF4, запускающего процессы удлинения стебля. При этом у растений, лишённых активности белка ELF3 — другого регулятора, блокирующего PIF4 при низких температурах, добавление сахара вызывало рост даже в прохладных условиях. Это свидетельствует о наличии двухуровневой системы терморегуляции, где сахароза и высокая температура действуют совместно, чтобы точно настраивать ответ растения на изменение климата.
Исследование подчёркивает, что взаимодействие между энергетическим состоянием клетки и восприятием температуры является более сложным, чем предполагалось ранее. Согласно мнению других специалистов в области, таких как Филип Вигге из Потсдамского университета, это открытие закладывает основу для дальнейших исследований механизмов температурной чувствительности.
Теперь перед командой Чэня стоит новая задача — разобраться, какие молекулярные процессы лежат в основе расщепления крахмала в ответ на нагревание. Кроме того, учёные планируют изучить, как взаимодействие между хлоропластами и ядром координирует реакцию клеток на температурные колебания. Полученные знания могут быть использованы для разработки новых сортов сельскохозяйственных культур, способных сохранять устойчивость и продуктивность в условиях изменения климата.
Источник: www.the-scientist.com
