Растения нашли способ пережить жару

Ученые из Центра устойчивых ресурсов RIKEN (Япония) обнаружили ген, который помогает растениям защищаться от экстремальной жары. Исследование, опубликованное в журнале Plant Cell, показывает, что этот новый ген предотвращает дестабилизацию мембран хлоропластов при очень высоких температурах.

При тепловом стрессе хлоропластные мембраны растений могут разрушаться, что приводит к обесцвечиванию листьев и гибели. Естественный защитный механизм включает модификацию жиров (липидов) в составе этих мембран: при нагреве из мембранных липидов удаляются полиненасыщенные жирные кислоты, что стабилизирует мембраны.

Команда RIKEN выявила ген, ответственный за этот процесс, используя инновационный подход:

• Гипотеза: за расщепление липидов хлоропластов отвечают неизвестные липазы (ферменты, расщепляющие липиды), локализованные в хлоропластах и активируемые при тепловом стрессе.
• Поиск: с помощью публичных омиксных баз данных ученые выделили кандидатные гены липаз, участвующие в реакции на тепло, предсказали их локализацию в растении и нашли их гомологи у разных видов растений.
• Верификация: главный кандидат, названный Heat Inducible Lipase 1 (HIL1), был проверен на мутантных растениях Arabidopsis с "выключенным" геном.

Эксперименты показали, что мутантные растения hil1 были более чувствительны к жаре: их состояние сильнее ухудшалось, а выживаемость была значительно ниже. Ремоделирование мембран в их хлоропластах было нарушено, и не все полиненасыщенные жирные кислоты удалялись из ключевого глицеролипида.

Анализ коэкспрессии генов с использованием публичных микрочиповых данных выявил консервативную сеть, связанную с HIL1, у нескольких видов растений, включая рис, томаты, кукурузу и сою.

"Мы надеемся, что наши знания о HIL1 могут помочь в создании новых термоустойчивых сортов растений, что позволит повысить урожайность в жарких условиях", — отмечает первый автор Ясухиро Хигаши.

Руководитель группы Кадзуки Сайто подчеркивает более широкий контекст: понимание этого естественного механизма защиты — шаг вперед в борьбе с последствиями глобального потепления и вклад в Цели устойчивого развития ООН, в частности, в цели "Ликвидация голода" и "Борьба с изменением климата".