2892
Коли температура стає вищою за комфортну, але ще не смертельну, більшість рослин переходять до режиму самозахисту. Вони змінюють форму, зокрема витягують стебла, щоб поліпшити теплообмін з повітрям. Ця реакція, відома як термоморфогенез, допомагає вижити, але для сільськогосподарських культур часто означає зниження врожайності. Нове дослідження, описане на ресурсі Newswise Science News, показує молекулярний механізм, який може дозволити «приглушити» цю відповідь без втрати стійкості.
Команду очолила Хунцін «Мішель» Го (Hongqing Guo), доцентка кафедри генетики, розвитку та клітинної біології Університету штату Айова. За її словами, мета — щоб рослини реагували на тепло, але не настільки сильно, щоб ставати крихкими та втрача́ти продуктивність.
Як рослини «бачать» тепло і світло
Робота базується на багаторічних дослідженнях білка фітохром B (phyB). Це рослинний білок, який одночасно виконує роль термометра, світлочутливого сенсора і біологічного перемикача. Коли рослина отримує достатньо світла й перебуває в комфортній температурі, активний phyB стримує витягування стебел.
Якщо ж середовище стає надто теплим або занадто темним упродовж тривалого часу, phyB переходить у неактивну форму, і запускається термоморфогенез: стебла видовжуються, змінюється архітектура рослини.
Лабораторія Го вивчає інший добре відомий білок — Феронію (Feronia). Це рецептор, який пронизує клітинну мембрану і працює як «командний центр» для реакцій рослини на довкілля. Розташована і ззовні, і всередині клітини, Феронія сприймає й розшифровує сигнали, що керують багатьма процесами росту та здоров’я.
Працюючи з квітковою рослиною Arabidopsis thaliana, популярною в генетичних дослідженнях, команда помітила: мутантні рослини, у яких відсутня Феронія, набагато слабше реагували на підвищення температури, достатнє для запуску термоморфогенезу. Це вказало на можливий зв’язок між Феронією та phyB.
Фосфорилювання як регуляторна «ручка»
Щоб знайти сліди цього зв’язку, дослідники порівняли звичайні та «безферонієві» рослини Arabidopsis, використовуючи низку цілісних аналітичних підходів. Один із ключових методів — фосфопротеомний аналіз, який фіксує всі ділянки в білках, де приєднання фосфатної групи може змінити їхню функцію. Такий процес називається фосфорилюванням і зазвичай працює як молекулярний вимикач, що вмикає або вимикає певні біологічні дії.
Порівняння зразків показало дві амінокислоти в складі phyB, які можуть бути «контрольними точками» для дії Феронії. Команда припустила, що саме через ці ділянки рецептор здатен регулювати відповідь на тепло.
Щоб перевірити гіпотезу, вчені застосували генетичне редагування й створили два варіанти Arabidopsis зі зміненими амінокислотами в phyB. У «нульовій» версії їх замінили на амінокислоти, які не можуть приймати фосфатну групу, тобто Феронія більше не могла впливати на phyB. У «мімікованій» версії амінокислоти імітували стан постійного фосфорилювання цим рецептором.
Не вимикач, а регулювальний диммер
Подальші спостереження підтвердили очікування дослідників. При температурі трохи вище 80 °F (понад 26 °C), яка вже виходить за зону комфорту Arabidopsis, «міміковані» рослини витягувалися сильніше за природний різновид, а «нульові» демонстрували найслабшу реакцію.
Це показує, що коли Феронія не може регулювати phyB через фосфорилювання, відповідь на тепло послаблюється. При цьому термоморфогенез ймовірно залучає багато ділянок фосфорилювання в phyB, але вже блокування лише двох з них дає помітний ефект.
На думку Го, це відкриває можливість тонкого налаштування реакції культурних рослин на тепло. Йдеться не про повне вимкнення захисної відповіді, а про перехід до моделі на кшталт «регулювального диммера», коли інтенсивність реакції можна ослабити без скасування захисту.
Дослідниця зазначає, що точне редагування геному в цих двох ділянках phyB, чи навіть в одній з них, потенційно дозволить зменшити надмірне витягування рослин на спеці без відчутного впливу на врожайність.
Подальші кроки й нові питання
Дослідження опубліковане в журналі Proceedings of the National Academy of Sciences і частково профінансоване п’ятирічним грантом Національного інституту загальних медичних наук США, спрямованим на підтримку перспективних молодих учених.
До команди увійшли шість співавторів: троє колег Го з Університету штату Айова та троє дослідників з Університету Каліфорнії в Ріверсайді. Серед них був Мен Чен (Meng Chen), випускник докторантури Айови та професор ботаніки UC Riverside, який раптово помер наступного дня після публікації статті. Го підкреслила, що команда прагне вшанувати його внесок.
Наступні етапи роботи групи можуть включати схожі експерименти вже на культурних рослинах, а також детальне дослідження нової ролі Феронії в чутливості до температури. Команда намагається з’ясувати, чи може цей рецептор безпосередньо «відчувати» тепло, або ж він лише керує іншими датчиками, що реагують на підвищення температури.
Якщо описаний механізм вдасться підтвердити й адаптувати до сільськогосподарських видів, це стане одним з інструментів розробки культур, більш пристосованих до потепління клімату, зі збереженням максимально можливої врожайності.
Вчені з’ясували, як обмежити витягування рослин на спеці з’явилася спочатку на Цікавості.
