Растения слушают, чтобы выжить: как они обрабатывают информацию об окружающей среде

Учёные из Центра Гельмгольца в Мюнхене и Мюнхенского университета имени Людвига и Максимилиана (LMU) составили карту сигнальной сети растений, обнаружив новые данные о том, как они обрабатывают информацию об окружающей среде. Это открывает потенциал для новых стратегий защиты сельскохозяйственных культур и повышения их устойчивости к учащающимся засухам.

Растения должны постоянно интегрировать информацию о доступности воды и питательных веществ или о наличии патогенов, чтобы производить плоды и семена, которые широко используются человеком. Учитывая растущую угрозу засух и требования к устойчивой защите растений, важно лучше понимать молекулярные механизмы обработки информации. Ранее было известно, что различные растительные гормоны запускают молекулярные сигнальные пути, ведущие к таким изменениям, как созревание плодов или реакция на засуху. Хотя эти пути хорошо изучены, оставалось неясным, как именно происходит обмен информацией между ними.

Выявлены сотни новых точек обмена информацией

Команда из Института сетевой биологии Центра Гельмгольца в Мюнхене при участии биологов LMU составила молекулярную белковую сеть растений, экспериментально проверив более 17 миллионов пар белков на физическое взаимодействие с помощью роботизированной платформы нового поколения и современных биоинформатических методов. Сеть из более чем 2000 наблюдаемых взаимодействий была проанализирована с использованием биоинформатических и математических подходов (статистика и теория графов) для поиска сигнальных путей и потенциальных точек обмена информацией. Таким образом исследователи идентифицировали сотни ранее неизвестных точек обмена.

Большинство белков функционируют в нескольких сигнальных путях

С помощью генетических тестов они затем показали, что все проверенные точки обмена информацией между белками, которые, как считалось, функционируют в отдельных сигнальных путях, на самом деле организуют коммуникацию между разными путями.

«Это было одним из самых поразительных новых открытий этого исследования: большинство белков функционируют в нескольких сигнальных путях. Более того, в отличие от анализов отдельных генов, наши результаты показали высокую степень физической и функциональной взаимосвязи различных путей. Мы считаем, что это фундаментальный принцип, которому необходимо уделять больше внимания», — говорит первый автор исследования доктор Мелина Альтманн.

Растения, готовые к будущему

Профессор Паскаль Фальтер-Браун, директор Института сетевой биологии и профессор LMU, добавляет: «Это понимание может открыть новые стратегии для биотехнологической разработки или селекции растений, чтобы решать проблемы изменения климата в сельском хозяйстве. Мы, возможно, сможем перенаправить информацию в сельскохозяйственных культурах таким образом, чтобы растения требовали меньше удобрений или пестицидов или были более устойчивы к засухам».

Исследование опубликовано в журнале Nature.