Рис играет важную роль в обеспечении глобальной продовольственной безопасности во всем мире. Более 15 миллионов гектаров площадей выращивания риса уже пострадали от похолодания из-за изменения климата, и низкие температуры представляют собой значительную проблему для выращивания риса в 24 странах. Ген COLD6 способствует устойчивости риса к холоду, потенциально предлагая путь использования молекулярного дизайна для выведения сорта риса с более высокой устойчивостью к холодовому стрессу.
Об этом сообщают китайские исследователи в работе, опубликованной в Molecular Cell.
«Повреждение холодом является серьезной проблемой при выращивании риса , и выявление ключевых генных модулей в сигнальных путях является важнейшим шагом в решении этой проблемы, - говорит старший автор исследования Кан Чонг из Китайской академии наук. - Наше исследование было сосредоточено на раскрытии молекулярного механизма, лежащего в основе реакции сельскохозяйственных культур на холодовой стресс. Мы надеемся улучшить устойчивость к холоду с помощью молекулярного дизайна и в конечном итоге стабилизировать урожайность даже при воздействии холода».
Вкратце, основной целью работы является разработка сортов риса с повышенной устойчивостью к охлаждению посредством молекулярного дизайна. Хотя известно, что температурные датчики в клетках растений риса запускают сигнализацию Ca 2+ , чтобы обеспечить устойчивость к холоду в клетках, меньше известно о датчиках, которые сочетаются с другими вторичными сообщениями.
«Долгое время предполагалось, что холодовые сенсоры взаимодействуют с ионами кальция, чтобы активировать восприятие температуры в клетках, - поясняет Чонг. - Наше исследование раскрывает новый путь восприятия температуры в клетках. Мы обнаружили, что локализованный в плазматической мембране модуль COLD6-OSM1 запускает выработку сигнальной молекулы 2,`3`-цАМФ (циклический аденозинмонофосфат), помимо кальциевой сигнализации, для инициирования защитной реакции на низкую температуру».
В новом исследовании Чонг и его коллеги идентифицировали комплекс сенсоров холода, состоящий из дивергенции толерантности к холоду 6 (COLD6) и осмотиноподобного белка (OSM1). В нормальных условиях COLD6 взаимодействует с субъединицей α G-белка риса (RGA1) на плазматической мембране.
В условиях охлаждения OSM1 физически связывается с COLD6, вытесняя RGA1. Этот процесс, наряду с увеличением OSM1, приводит к повышению уровня 2,`3`-цАМФ, в конечном итоге повышая устойчивость риса к охлаждению. Эти сигнальные механизмы могут также применяться к другим культурам, повышая их устойчивость к холоду. Однако необходимы дополнительные исследования, чтобы определить точный механизм, лежащий в основе модуля COLD6-OSM1.
Исследователи продемонстрировали, что нокаут и естественная вариация COLD6 в гибридном рисе повышают устойчивость к холоду. Результаты показывают, что аллельная вариация COLD6 играет роль в географической адаптации к температуре роста.
По словам авторов, результаты согласуются с молекулярными доказательствами одомашнивания риса, указывая на то, что значительное количество одомашненных аллелей произошло от дикого риса Южной и Юго-Восточной Азии.
«В целом наши результаты предполагают новые стратегии выведения холодоустойчивых сортов риса. Понимая, как работает комплекс COLD6-OSM1, селекционеры могут потенциально вывести рис, способный стабилизировать урожайность даже в условиях холода, что имеет решающее значение в условиях колебаний глобальной температуры», - заключил Чонг.
Источник: Cell Press.
Заглавное фото: Медведева Анна, AgroXXI.ru.