Новости

16 февраля, 2022 13:14

Исследователи выяснили, как системное взаимодействие белков помогает растениям пережить недостаток света

Российские ученые описали сложную систему из нескольких десятков белков, которая помогает растениям переживать недостаточное или избыточное освещение, засуху, холод и перегрев. Оказалось, что эта регуляторная сеть связывает рецепторы, воспринимающие уровень освещения, с абсцизовой кислотой — одним из основных гормонов стресса у растений. Открытие этой связи поможет в условиях теплиц контролировать рост и стрессоустойчивость растений, регулируя спектральные характеристики света. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Frontiers in Plant Science.
Фотографии микрорастений картофеля, выращенных при различных комбинациях источников освещения. Источник: Виктор Булгаков
Фитобоксы, разработанные в ИАПУ ДВО РАН для выращивания растений в разных условиях освещенности. Источник: Виктор Булгаков
Регуляторная сеть передачи сигнала между фитохромами и абсцизовой кислотой. Источник: Виктор Булгаков
3 / 4
Фотографии микрорастений картофеля, выращенных при различных комбинациях источников освещения. Источник: Виктор Булгаков
Фитобоксы, разработанные в ИАПУ ДВО РАН для выращивания растений в разных условиях освещенности. Источник: Виктор Булгаков
Регуляторная сеть передачи сигнала между фитохромами и абсцизовой кислотой. Источник: Виктор Булгаков
 
Абсцизовая кислота — основной стрессовый гормон, который помогает растениям переживать различные неблагоприятные условия, например засуху, высокие и низкие температуры, солевой и окислительный стресс. Поскольку стрессоустойчивость растений крайне важна для биотехнологии и сельского хозяйства, в последние годы ученые активно исследуют процесс синтеза и передачи сигналов абсцизовой кислоты в растительных клетках. В частности, биологи определили, что уровень этого гормона изменяется в ответ на интенсивность освещения: при затемнении или слишком ярком свете абсцизовой кислоты становится больше, и она помогает растению пережить неблагоприятные условия. Это происходит благодаря тому, что под ее действием в растениях синтезируется ряд пигментов и специальных молекул, которые защищают от ожогов из-за переизбытка света, удерживают в клетках воду, препятствуют образованию кристаллов льда, а также помогают перейти в состояние покоя. До сих пор оставалось неясным, как на молекулярном уровне сигнал от света идет к этому гормону.
 
Биологи из Федерального научного центра биоразнообразия наземной биоты Восточной Азии ДВО РАН (Владивосток) совместно с физиками из Института автоматики и процессов управления ДВО РАН (Владивосток) описали регуляторную сеть, благодаря которой растения одновременно воспринимают уровень освещения и в ответ на него контролируют сигналы абсцизовой кислоты. В первую очередь организм воспринимает поступающий на него солнечный свет с помощью рецепторов, называемых фитохромами. Именно их ученые выбрали первыми обязательными участниками передачи сигнала. Кроме того, у растений существует семейство рецепторов, которые связывают абсцизовую кислоту — PYR/PYL/RCAR, — таким образом «воспринимая» ее. Это вторые необходимые участники взаимодействия. Далее биологи определили, что на пути между фитохромами и PYR/PYL/RCAR сигнал передается по сложной сети, включающей более двух десятков белков-посредников.
 
Именно благодаря этой сети удалось доказать, что свет, воздействуя на гормон стресса, способен повышать холодовую устойчивость растений, активировать процессы прорастания семян и цветение, а также контролировать суточные ритмы. Кроме того, ученые определили, что несколько регуляторных белков-посредников участвуют в формировании стрессовой «памяти» — способности растений «запоминать» неблагоприятные условия и в будущем становиться менее восприимчивыми к ним.
 
«Наше исследование не только раскрывает важный механизм стрессоустойчивости растений, но также может лечь в основу создания новых сортов, у которых более активны какие-либо из регуляторных белков, повышающих устойчивость к стрессу. В дальнейшем мы планируем исследовать связь между системой восприятия света и другими биологически активными соединениями, например этиленом и брассиностероидами. Так мы сможем определить, есть ли другие механизмы, с помощью которых можно контролировать рост и жизненные циклы растений», — рассказывает Виктор Булгаков, руководитель проекта по гранту РНФ, доктор биологических наук, член-корреспондент РАН, главный научный сотрудник лаборатории биоинженерии Федерального научного центра биоразнообразия наземной биоты Восточной Азии ДВО РАН.
22 июня, 2022
Физики «научили» частицы рассеивать свет в форме гантели
Физики определили условия, в которых шарообразные частицы начинают рассеивать свет преимущественно в...
22 июня, 2022
Российские ученые улучшили элементы памяти для гибкой электроники, облучив фторированный графен тяжелыми ионами
Благодаря облучению ионами ксенона, исследователи модифицировали фторированный графен: удалили фто...