Ученые доказали способность растений к стрессовой памяти и адаптации
Ученые из России и Тайваня обнаружили связь между двумя сигнальными системами, помогающими растениям выживать в стрессовых ситуациях. Исследование показало, что растения могут «запоминать» пережитые опасные условия и адаптироваться к ним. Этот механизм памяти поможет улучшить сельскохозяйственные культуры, сделав их более устойчивыми к засухе, переувлажнению и экстремальным температурам.
Стресс у растений возникает при воздействии экстремальных температур, недостатка или избытка воды. Это негативно влияет на рост и приводит к потерям до половины мирового урожая. Для самозащиты растения используют сигнальную систему, опосредованную гормоном стресса — абсцизовой кислотой (ABA), которая обеспечивает устойчивость к экстремальным ситуациям.
Ученые предположили, что система ABA связана с системой белков теплового шока/шаперонов, и эти две системы работают совместно в различных стрессовых ситуациях. Ранее координация и последовательность событий в этих системах были изучены недостаточно.
Исследование провели ученые Федерального научного центра биоразнообразия наземной биоты Восточной Азии ДВО РАН совместно с коллегами из Тайваня. Они использовали модельное растение Arabidopsis, чей полный цикл развития составляет шесть недель, что ускорило эксперименты.
«В нашей более ранней работе мы получили карту белок-белковых взаимодействий у Arabidopsis. Теперь мы проанализировали эту карту и обнаружили, что единственными факторами, связывающими две системы, являются белки ремоделинга хроматина SWI/SNF, которые участвуют в формировании эффекта "стрессовой памяти"», — пояснил руководитель проекта, д.б.н. Виктор Булгаков.
Эффект стрессовой памяти — ключевой механизм защиты растений: растение «помнит» пережитые экстремальные условия. Сигналы стресса, воспринятые через системы ABA и белков теплового шока, сохраняются с помощью белков SWI/SNF, которые изменяют структуру хроматина (ДНК-белкового комплекса). В результате растения приобретают устойчивость к условиям, которые они уже испытывали.
Изученный механизм стал отправной точкой для новых биоинженерных технологий, которые исследователи назвали «биоинженерная память».
В ходе работы ученые также систематизировали большой массив информации и установили, что при коррекции путей ABA и белков теплового шока/шаперонов необходимо учитывать состояние и изменения памяти растений о предыдущем стрессе.
В будущем исследователи планируют перейти от Arabidopsis к сельскохозяйственным культурам. Работа по улучшению растений будет разной для каждой страны.
«Самые популярные культуры на российском Дальнем Востоке — рис, соя и кукуруза. Важно повысить их устойчивость к холоду и дефициту воды. На Тайване необходимо работать над устойчивостью растений к жаре и засухе. Фактически, это самый актуальный вопрос в мире в целом сейчас. Новые подходы в "биоинженерной памяти" могут помочь решить обе проблемы», — заключил д.б.н. Виктор Булгаков.