Международная группа ученых, в которую входят биолог растений из Утрехтского университета Нора Джильи-Бишелья, Криста Тестеринк из Вагенингенского университета, а также Юнфэн Го и Чжэнбяо Чжан из Китайской академии сельскохозяйственных наук, продемонстрировала это в публикации в журнале Molecular Plant.
Две небольшие молекулы, которые вырабатывает модельное растение Arabidopsis thaliana, как показано, оказывают противоположное влияние на скорость старения его листьев.
Молекулы представляют собой пептиды, короткие цепочки аминокислот. В то время как пептид SCOOP10 ускоряет старение, SCOOP12 подавляет его. Считается, что вместе эти пептиды регулируют процесс старения растений. Потенциально простое распыление SCOOP12 на поле может замедлить нежелательные с точки зрения сельского хозяйства эффекты старения сельскохозяйственных культур.
На заключительном этапе жизни листа содержимое листа разрушается. В результате лист желтеет. Это естественный процесс, который необходим, поскольку он помогает растению сохранять и перерабатывать питательные вещества, необходимые для производства семян и плодов.
Однако слишком ранний процесс старения растений по причине всевозможных стрессов губителен для урожая, более того, он становится все более серьезной проблемой в сельском хозяйстве, говорит Джильи-Бишелья.
«Старение вызывается большинством экологических стрессов, таких как засуха, высокие температуры и высокая соленость почвы. В этих условиях растения используют старение как механизм спасения для переработки питательных веществ. Кроме того, старые ткани подвергаются старению, чтобы защитить молодые листья. В конечном итоге длительное воздействие стресса приводит к чрезмерному старению и гибели растений. Из-за изменения климата сельскохозяйственные культуры все чаще сталкиваются с такими экологически стрессовыми условиями», поясняет исследователь.
Группа ученых открыла функцию двух пептидов после того, как поняла, что растения Arabidopsis, у которых отсутствовал рецептор MIK2, демонстрировали раннее старение. MIK2 - это растительный белок на поверхности растительных клеток, который, как известно, взаимодействует с пептидами из семейства SCOOP.
Поэтому исследователи решили применить ряд пептидов SCOOP на оторванных листьях. Чтобы вызвать старение, они поместили листья в темноту. Они заметили, что в некоторых случаях, как в случае SCOOP10, листья желтели быстрее обычного: в случае SCOOP10 - через три или четыре дня, а не через пять дней, как это требуется для необработанных листьев. Но в других случаях, как в случае SCOOP12, листья начинали желтеть только через семь дней.
На следующем этапе исследователи создали растения Arabidopsis, которые не могли вырабатывать пептиды SCOOP10 и SCOOP12. Было обнаружено, что растения, лишенные SCOOP10, демонстрируют замедленное старение. Даже спустя 40 дней растения оставались зелеными. Напротив, растения, лишенные SCOOP12, старели раньше обычного.
Ранее было показано, что SCOOP12 связывается с рецептором MIK2. В новой статье исследователи показывают, что SCOOP10 также прочно связывается с тем же рецептором. По словам Джильи-Бишелья, поразительно, что связывание каждого из этих двух пептидов с одним и тем же рецептором приводит к противоположному ответу.
Команда также обнаружила, что когда SCOOP10 связан с MIK2 и вы добавляете SCOOP12, связь между SCOOP10 и MIK2 теряется.
Джильи-Бишелья говорит: «Мы пришли к выводу, что эти два пептида конкурируют за регулирование старения в этих растениях. Когда растению приходит время начать стареть, вырабатывается SCOOP10. Но в то же время SCOOP10 запускает выработку SCOOP12. Вот почему мы выдвинули гипотезу о сценарии, в котором SCOOP10 инициирует процесс старения, в то время как SCOOP12 является контролем, обеспечивающим, чтобы старение не происходило слишком быстро».
Верхний ряд: листья после пяти дней без (слева) и с SCOOP10. Нижний ряд: листья после 10 дней без (слева) и с SCOOP12. Фото: Utrecht University.
Теоретически, можно было бы просто распылить SCOOP12 или другой SCOOP с аналогичным эффектом на полях сельскохозяйственных культур, чтобы замедлить процесс старения.
Джильи-Бишелья считает, что это может сработать для многих сельскохозяйственных культур, но особенно для тех, которые относятся к семейству Brassicaceae, к которому также относится Arabidopsis. Это семейство включает капусту, листовую капусту, цветную капусту и многие другие овощи.
Однако распыление пептидов на посевы не является распространенной практикой в сельском хозяйстве.
«Это не потому, что пептиды вредны, а просто потому, что они дороги. Но если фермеры будут заинтересованы в подобной практике, индустрия защиты растений предоставить более доступные по ценам пептиды. Это всего лишь небольшие молекулы, которые не должно быть очень сложными для производства в больших масштабах», - говорит ученый.
Джильи-Бишелья добавляет, что при использовании молекул, которые уже встречаются в растениях в естественном виде, ожидаемое воздействие на окружающую среду будет незначительным, поскольку эти пептиды являются биоразлагаемыми, в отличие от многих химических веществ, которые используются в настоящее время.
А предлагают ли новые результаты какие-то выводы для человека?
«Как и в растительных клетках, в животных клетках были обнаружены небольшие пептиды. Они выполняют там множество функций, например, регулируют рост и развитие. И если вы, например, посмотрите, как работает врожденный иммунитет у растений и животных, то увидите, что механизмы имеют особенности, которые функционируют схожим образом, включая активацию защитных реакций очень похожими рецепторами с очень похожими функциями. Таким образом, даже несмотря на отсутствие доказательств и принимая во внимание очевидные различия между животными и растениями, мы не можем исключать, что у животных также развился механизм, регулирующий старение клеток аналогично тому, что мы видим у растений», - заключила Джильи-Бишелья.
Источник и фото: Utrecht University.
