Исследование раскрывает механизмы реакции растений на засуху

Биологи из UNL опубликовали новое исследование, раскрывающее несколько коренных причин того, как растения реагируют на засуху.

Исследователи показали, что мутации в двух генах вида растений Arabidopsis thaliana могут подавлять его развитие и нарушать защитные механизмы, предохраняющие от условий, подобных засухе.

Как сообщено 22 июня в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, команда UNL вывела "двойной мутантный" вариант Arabidopsis, чтобы изучить коллективные роли двух генов, чьи мутации фактически их деактивировали.

Авторы обнаружили, что мутации существенно замедлили рост и нарушили функционирование органов растения. Двойной мутант также показал гораздо большую восприимчивость к засухе, увядая быстрее и погибая чаще, чем растения с одним или без дефектных генов.

"В долгосрочной перспективе мы хотели бы понять, можем ли мы (вызвать) противоположные эффекты – растения, которые могут быть более устойчивыми к сложным условиям окружающей среды", – сказал ведущий автор Эриберто Черутти, профессор биологических наук. "Я думаю, это фундаментальное исследование – необходимый шаг к этому".

Команда Черутти связала пагубные изменения у двойного мутанта с отсутствием взаимодействий, которые обычно происходят в клеточных белках – гистонах. Гистоны действуют как компактные катушки, вокруг которых накручивается спиральная лестница ДНК.

Биологи полагают, что гистоны помогают определять, когда генетические инструкции, закодированные в ДНК, транскрибируются и экспрессируются в организме. Недавние исследования также предполагают, что модификации гистонов – включая фосфорилирование, добавление молекулы фосфата – могут помогать оптимизировать реакции растений на сигналы окружающей среды.

Черутти и его коллеги обнаружили, что нормальный Arabidopsis производил более высокие уровни фосфорилированных гистонов при воздействии смоделированной засухи. Однако этот процесс фосфорилирования требует катализатора, называемого киназой, чтобы соединить донора фосфата с гистоном, готовым его принять.

Исследователи UNL определили, что двойному мутанту не хватало двух таких "сводящих" киназ, что приводило к более низким уровням фосфорилированных гистонов и, как они полагают, к дисфункциональному росту и реакциям на засуху, которые они наблюдали.

"Если у вас нет этих двух генов и этих двух киназ, последствия для растения довольно драматичны", – сказал Черутти. "Мы должны понять, как работает механизм (растений), если мы когда-либо надеемся модифицировать его в наших интересах. Учитывая то, что происходит в мире в связи с изменением климата, мы думаем, что исследования в этой области будут довольно актуальны в будущем".