06.04.2020

Исследование выявило новый механизм температурного восприятия у растений

Белок под названием фитохром В, который может ощущать свет и температуру, запускает рост растений и контролирует время цветения. Ученые выясняли, как это все происходит, и можно ли будет применить данные для создания климатически устойчивых растений.

В статье, опубликованной в Nature Communications, группа биологов во главе с Мэн Ченом, профессором ботаники и наук о растениях в Университете Калифорнии, описывает, что молекула фитохрома B имеет неожиданную динамику, активируемую температурой, и ведет себя по-разному в зависимости от температуры и тип освещения.

По мере того как изменение климата нагревает мир, меняются модели роста сельскохозяйственных культур и время цветения.

Лучшее понимание того, как фитохромы регулируют сезонные ритмы роста растений, позволит ученым разрабатывать культуры для оптимального роста в новом климате Земли.

Фитохромы переключаются между активной и неактивной формами, как бинарный переключатель, управляемый светом и температурой.

Под прямыми солнечными лучами, например, в открытых полях, фитохромы включаются, поглощая дальний красный свет. Эта активная форма препятствует удлинению стебля, что ограничивает рост высоких растений под прямыми солнечными лучами.

В тени фитохромы менее активны. Эта «выключенная» форма стимулирует рост стеблей, и поэтому растения вытягиваются в тени, чтобы конкурировать с соседними за большее количество солнечного света.

Внутри клетки свет заставляет «включенные» фитохромы объединяться в единицы, называемые фототела и расположенные внутри ядра клетки. Когда фитохром В выключен, он находится вне ядра клетки. Он перемещается внутрь ядра при включении и изменяет экспрессию генов и паттерны роста.

Ученые исследовали поведение клеток, подвергающихся воздействию различных температурных и световых условий, в листьях и стеблях Arabidopsis thaliana, растения, используемого в качестве стандартной модели в науке о ботанике. Цель состояла в том, чтобы контролировать, как фототела изменяются в ответ на температуру.

В настоящее время понимается, что фитохромы образуют фототела только в состоянии «включено».

Чен и соавторы Джозеф Хам, Кеонхва Ким и Юнцзян Цю, также сотрудники Калифорнийского университета, ожидали, что повышение температуры будет иметь аналогичный эффект для тени – то есть, отключит фитохромы. Они думали, что фототела исчезнут, как в тени.

Результаты были совершенно неожиданными.

Команда обнаружила, что повышение температуры не приводит к исчезновению всех фототел одновременно. Вместо этого конкретные фототела исчезали в определенных диапазонах температур. Повышение температуры постепенно уменьшало количество фототел, поскольку они исчезали выборочно.

«Мы обнаружили, что подгруппа термостабильных фототел может сохраняться даже при высоких температурах, - сказал Чен. - Остальные фототела исчезают на каждой стадии более низкой температуры. Раньше мы думали, что все они одинаковые, но теперь мы знаем, что все они разные. Это говорит о том, что отдельные фототела могут быть датчиками для определенных температурных диапазонов».

Исследование также показало, что фитохром В реагирует на температуру в двух разных точках молекулы. Первая часть ощущает температуру; вторая нет.

То есть, свет и температура воспринимаются одной и той же частью молекулы, но приводят к разному поведению.

«Фототела представляют собой большие динамические белковые комплексы. Наши результаты показывают, что каждое из них может иметь различный состав, - говорит Чен. - Мы думаем, что уникальный состав отдельных фототел заставляет их по-разному реагировать на температуру. Дальнейшие исследования понимания уникальных свойств каждого фототела, вероятно, позволят раскрыть основные механизмы температурного зондирования и регуляции чувствительной к температуре экспрессии генов в растениях».

Anna Medvedeva

Источники:

1. AgroXXI
2. Phys.Org