Растения по-разному реагируют на жару днем и ночью
Изменение климата и волны жары угрожают сельскохозяйственным культурам, поэтому понимание реакции растений на высокие температуры критически важно для защиты окружающей среды и продовольственной безопасности.
Даже небольшое повышение средней температуры может сильно повлиять на рост и развитие многих растений. У модельного растения арабидопсиса (Arabidopsis) повышенные температуры вызывают рост более длинных стеблей и тонких листьев.
Новое исследование под руководством Чжиюна Вана (Zhiyong Wang) из Института Карнеги раскрывает систему, благодаря которой растения регулируют свою реакцию на тепло по-разному в дневное и ночное время. Работа опубликована в Nature Communications.
Белок Phytochrome Interacting Factor 4 (PIF4) играет ключевую роль в координации реакции растения на повышенную температуру, активируя гены, помогающие справиться с тепловым стрессом. Однако он активен только в дневные часы. Учёные выяснили, что сдерживает активность PIF4.
Оказалось, что PIF4 регулируется другим белком — Timing of CAB Expression 1 (TOC1), который является частью циркадных (суточных) часов и накапливается в конце дня. TOC1 связывается с PIF4 и подавляет его активность вечером и ночью. Исчезновение TOC1 на рассвете позволяет PIF4 реагировать на тепло утром.
До сих пор было неизвестно, как циркадные часы помогают растению выживать при тепловом стрессе.
«Поскольку самые высокие температуры обычно приходятся на полдень и ранний послеобеденный период, выживание растения во время жары наиболее подвержено угрозе именно в этот период, — пояснил Ван. — Связывая тепловой ответ с циркадными часами, растения максимизируют свои шансы на выживание во время волн жары».
«Новая работа Чжиюна раскрывает потенциальную энергосберегающую стратегию растений, при которой гены ответа на тепловой стресс не включаются ночью, когда вероятность такого стресса меньше. Использование для этого механизма циркадных часов весьма элегантно», — говорит директор отдела биологии растений Карнеги Сью Ри (Sue Rhee).