Ученые обнаружили удивительную реакцию растений, которая открывает перспективы для их модификации в лабораторных условиях

САН-КАРЛОС-ДЕ-БАРИЛОЧЕ. Новое открытие, в котором приняли участие аргентинские ученые, может способствовать повышению урожайности сельскохозяйственных культур в условиях глобального потепления: сталкиваясь с высокими температурами, растения ускоряют рост корней, «взламывая» при этом собственную гормональную систему. Открытие было сделано экспертами Фонда Института Лелуара и Факультета агрономии Университета Буэнос-Айреса (Fauba) в сотрудничестве с исследователями из Института Солка и Университета Дьюка в США. Как объяснили ученые, в ответ на повышение температуры окружающей среды растения начинают в избытке вырабатывать гормон, который позволяет им удлинять корни и таким образом добывать влагу, содержащуюся на большей глубине в почве. И они делают это за счет перенастройки своей внутренней системы сигнализации. «В игру вступает ряд известных белков, которые растение использует для реагирования на один из своих важнейших гормонов роста: ауксин. Мы знали, что при добавлении ауксина корень растет меньше. «Однако в ходе нашего исследования мы обнаружили, что повышение температуры приводит к увеличению уровня ауксина, но вместо того, чтобы тормозить рост корня и его клеток, оно, напротив, стимулирует его», — заявил агроинженер Хорхе Касаль, руководитель Лаборатории молекулярной физиологии растений Фонда Института Лелуара и Института физиологических и экологических исследований в области сельского хозяйства при факультете агрономии Университета Буэнос-Айреса (UBA). «Эти исследования имеют ключевое значение для того, чтобы понять, как создать в лаборатории растения с более длинными корнями и тем самым улучшить их способность находить воду. «Таким образом, они смогут переносить засуху, которая, к сожалению, из-за изменения климата становится все более частым явлением», — добавил Касаль. «Чтобы добиться того, чтобы тот же гормон, который ограничивает рост корней, также стимулировал его, растения прибегают к неожиданному поведению: они «перенастраивают» сигнальные компоненты ауксина при повышении температуры». «Один из ведущих соавторов исследования в Аргентине, Матиас Эзекиэль Перейра, постдокторант Национального совета по научным и техническим исследованиям (Conicet), пояснил, что под воздействием высокой температуры белки, или «факторы транскрипции», ARF7 и ARF19 «перемещаются из цитоплазмы в ядро клетки, чтобы регулировать экспрессию генов, способствующих росту клеток, что ранее было неизвестно». «Его коллега Белен Борниего добавила, что одновременно блокируются другие молекулярные реакции, и получается реакция, отличная от той, которая наблюдается при более низких температурах. Исследование проводилось на Arabidopsis thaliana, модельном растении для исследований в области растительной биологии. В дополнение к этому американская группа под руководством Люсии Страдер и во главе с Эдвардом Уилкинсоном и Кейтлин Сагеман-Фурнас из Университета Дьюка и Института Солка, соответственно, продемонстрировала, что при высоких температурах наблюдается большая стабильность белков ARF7 и ARF19, что позволяет растению сильнее реагировать на тепло. Страдер отметила, что ауксин является важнейшим растительным гормоном, который контролирует как деление, так и рост клеток, тем самым координируя многочисленные процессы развития и реакции на окружающую среду. В этом смысле нормальный морфогенез растений и реакции на воздействия окружающей среды требуют интеграции множества сигналов для регулирования реакции, биосинтеза, транспорта и форм накопления ауксина. «Уже давно известно, что растения растут с разной скоростью при разных температурах. Теперь мы обнаружили этот белок, который может напрямую определять температуру и, как следствие, регулировать рост корней, что является большим шагом к пониманию того, как растения интегрируют сигналы окружающей среды в свою жизнь», — заявил Страдер. «Глобальное потепление приводит к повышению температуры листьев. Кроме того, по той же причине растения теряют больше воды через транспирацию. А поскольку повышается температура почвы, вода также улетучивается в результате испарения, что затрудняет доступ к этому жизненно важному ресурсу. Поскольку рост корней необходим для доступа к воде и питательным веществам, обнаруженный учеными механизм устойчивости может помочь защитить урожайность культур в сложных условиях». В связи с этим, а также учитывая, что до сих пор механизмы адаптивной реакции, благодаря которой корни растений становятся длиннее в теплой среде, были малоизвестны, ученые посчитали, что новые открытия — опубликованные в журнале Nature Communications — могут способствовать генетическому улучшению сельскохозяйственных культур.