Исследователи показали, что определенный белок могут быть ключом к спасению растений при одновременном воздействии ряда стрессовых факторов. Эти знания в будущем могут привести к созданию сельскохозяйственных культур, более устойчивых к суровым условиям, вызванным несколькими стрессовыми факторами в течение одного вегетационного периода.
В недавнем исследовании ученые из Университета Миссури обнаружили, что Arabidopsis thaliana, растение, являющееся популярным модельным организмом для биологических исследований, нуждается в определенном белке для защиты от одновременного воздействия стрессовых факторов, таких как чрезмерная жара, солнечный свет и засоленная почва. Эти результаты открывают путь для лучшего понимания клеточной биологии, лежащей в основе выживания растений даже при воздействии множественных стрессовых факторов.
Исследование под названием «bHLH35 обеспечивает специфичность реакции растений на множественные стрессовые условия» было опубликовано в журнале Science Advances.
«У фермеров может не получиться удачный урожай, если их посевы одновременно страдают от жары и наводнений или от интенсивного солнечного света и засухи. Вместо того чтобы изучать реакцию растений на отдельные стрессовые факторы, наша лаборатория работает над тем, чтобы лучше понять, как растения реагируют на множественные стрессовые факторы, возникающие одновременно, поскольку именно такая ситуация часто встречается у фермеров», — сказал Рон Миттлер, заслуженный профессор Колледжа сельского хозяйства, продовольствия и природных ресурсов и автор исследования. «».
В течение многих лет Миттлер изучал, как растения реагируют на избыточное тепло, солнечный свет, засоленную почву, засуху, кислотность и токсичный тяжелый металл — кадмий. В своей лаборатории в Центре биологических наук имени Бонда он подвергает растения воздействию этих стрессовых факторов в различных комбинациях, а затем изучает их клеточную биологию, чтобы выявить, какие белки, по-видимому, играют жизненно важную роль в определенных ситуациях.
Ученый подверг три растения арабидопсиса воздействию чрезмерной жары, солнечного света и засоленной почвы. Одно из них было диким растением; у другого был удален или деактивирован специфический белок, известный как bHLH35; а третье было генетически модифицировано, чтобы содержать дополнительный белок bHLH35. Через день растение без белка погибло, дикое растение выжило, а растение с дополнительным белком bHLH35 выглядело более здоровым.
Полученные результаты могут проложить путь к новым стратегиям генетической модификации сельскохозяйственных культур с помощью редактирования генов или селекции, направленным на конкретные белки в зависимости от того, с какими одновременными угрозами сталкиваются культуры.
Но сначала ученым необходимо лучше понять, какие белки лучше всего защищают растения, сталкивающиеся с одновременными стрессовыми факторами, сказал Миттлер: «Если один белок реагирует на определенный стрессовый фактор самостоятельно, а другой белок реагирует на другой стрессовый фактор самостоятельно, можно предположить, что оба белка отреагируют, если эти два стрессовых фактора одновременно поразят растение. Но мы узнаем, что на самом деле это может быть третий белок, специально обученный выполнять жизненно важные функции в условиях этой конкретной одновременной угрозы. Эта новая переменная открывает совершенно новые возможности для исследований».
Благодаря более глубокому пониманию того, как именно растения реагируют на одновременное воздействие множества стрессовых факторов, ученые могут выявлять мишени для генетической модификации или селекции, что в конечном итоге поможет фермерам выращивать более устойчивые культуры.
«Если засухи и волны жары или наводнения и волны жары будут повторяться в будущем, часто одновременно, я хочу помочь в разработке культур, которые лучше приспособлены к этим условиям и сохранят высокую урожайность для фермеров. Поскольку фермеры в Миссури часто сталкиваются с несколькими стрессовыми факторами, воздействующими на их растения одновременно, это исследование может принести пользу фермерам по всему штату», — сказал Миттлер.
Хотя в этом исследовании использовались не кукуруза, соя или пшеница, выращиваемые фермерами, данное исследование предоставило убедительное подтверждение концепции, добавил он. «Поскольку большинство сельскохозяйственных культур содержат варианты этого белка, будет интересно посмотреть, как это открытие может повлиять на агропромышленность в будущем», — заключил Миттлер.
Источник: University of Missouri. На заглавном фото: Миттлер и научный сотрудник Ранджита Синха изучают реакцию растений на стресс в Центре биологических наук имени Бонда. Фото: Университет Миссури.