Исследователи изучили, как гормон помогает растениям строить систему вентиляции листьев

По мере потепления климата растения сталкиваются с дилеммой: те же крошечные отверстия (устьица), которые им необходимо открывать для газообмена, также выпускают воду. Они могут закрыть устьица, чтобы сохранить влагу в более жарких и сухих условиях, но при этом рискуют недополучить критически важный углекислый газ.

Лаборатория Бергманн в Стэнфордском университете исследует, как эта дилемма будет проявляться в условиях глобального потепления. Для этого потребовалось лучше понять, как растения регулируют количество устьиц на каждом листе. Ответ не только указывает на возможности для создания растений, устойчивых к изменению климата, но и раскрывает ранее неизвестный процесс тонкой настройки количества устьиц.

Наблюдение за развитием устьиц

Исследователи начали с изучения влияния цитокинина — важного растительного гормона, который, как давно считалось, влияет на развитие устьиц. Ведущий автор работы Анне Ватен проанализировала весь геном Arabidopsis thaliana и подтвердила, что гены, связанные с цитокинином, действительно высокоактивны в клетках, которые вот-вот станут устьицами. Затем, изменяя уровни этого гормона в специфических клетках сотен лабораторных растений, исследователи смогли незначительно изменить количество производимых растением устьиц.

Более того, они проследили точный механизм работы цитокинина в этом контексте. Он активирует ген SPEECHLESS, который запускает путь превращения клеток в устьица. Однако этот путь не прямой — начальные этапы включают стволово-подобные деления, способные расширить пул клеток, предназначенных для устьиц. Эксперименты показали, что хотя SPEECHLESS направляет больше клеток к становлению устьицами, он также активирует четыре белка, которые ограничивают способность клеток реагировать на цитокинин.

Хотя изменение уровня цитокинина последовательно влияло на устьица, эффект никогда не был очень драматичным — например, полное устранение идентифицированных белков изменяло количество устьиц лишь примерно на 10%.

CRISPR и изменение климата

Исследователи использовали технологию редактирования генов CRISPR/Cas9 для точного изменения отдельных генов в растениях с целью повышения и понижения уровня цитокинина. Эта технология очень перспективна для внесения направленных небольших изменений, улучшающих способность растений противостоять изменению климата.

Следующим шагом этой работы будет изучение того, как гормон цитокинин связывает развитие устьиц с развитием сосудистой системы, и как оба этих процесса связаны с конкретными изменениями окружающей среды, такими как засуха.