Учёные обнаружили механизм контроля "дыхания" у растений

Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего с коллегами из Эстонии и Финляндии обнаружили молекулярный путь, который растения используют для управления устьицами — "ртами" для поглощения CO2. Результаты опубликованы в Science Advances.

Роль устьиц

Устьица — это микроскопические поры на листьях (тысячи на лист), окружённые парными замыкающими клетками. Они открываются для поглощения углекислого газа (CO2), необходимого для фотосинтеза, но одновременно через них происходит потеря воды (транспирация). Растениям необходимо балансировать между поглощением CO2 и сохранением влаги.

"Реакция на изменения критически важна для роста растений и определяет эффективность использования воды, что особенно актуально в условиях усиления засух и роста температур", — говорит ведущий исследователь Джулиан Шрёдер.

Изменение климата (рост концентрации CO2 и температуры) нарушает этот баланс, угрожая урожаям таких культур, как пшеница, рис и кукуруза. Ранее механизм, с помощью которого растения чувствуют уровень CO2 и регулируют открытие/закрытие устьиц, оставался неизвестным.

Молекулярный "датчик" CO2

Учёные выявили каскад белков, действующих как сигнальная цепь:

  1. При низком уровне CO2 белок HT1 активирует фермент, который заставляет замыкающие клетки набухать, удерживая устьица открытыми.
  2. При повышении уровня CO2 второй белок блокирует HT1, что приводит к закрытию устьиц.

"Обнаружение того, что сенсор CO2 у растений состоит из двух белков, было ключевым. Это, возможно, причина, по которой механизм не удавалось идентифицировать до сих пор", — отмечает Шрёдер.

Значение для будущего

Понимание этого механизма открывает путь для редактирования сигнальных путей с целью создания сельскохозяйственных культур с оптимальным балансом между поглощением CO2 и сохранением воды. Это критически важно для обеспечения продовольственной безопасности в условиях меняющегося климата.

Исследователи уже подали патент и изучают способы применения открытия для селекционеров и фермеров.