Ученым удалось понять механизмы преобразования сигналов окружающей среды в команды для роста растений

 
Свет является не только источником энергии для растений, но служит и естественной сигнальной системой, определяющей рост и многие реакции растительных организмов.  Поэтому воздействие света на растения всегда находилось в центре внимания ботаников, а сделанные на этом фронте открытия позволили повысить урожайность сельскохозяйственных культур. Аналогично и понимание процессов, запускающихся при температурном воздействии, также открывают перспективы к разработке новых методов поддержания высоких урожаев. В печати появились две статьи, подготовленные под руководством д-ра Жийонг Вонга. В статьях описаны ключевые аспекты гормонального ответа растений на световой и тепловой факторы. Статьи опубликованы 22 июля в журнале "Nature Cell Biology".
 
Ученые сосредоточили свое внимание на стероидном гормоне брассиностероиде, обнаруживаемом у большинства представителей царства растений. Он регулирует ряд важных аспектов их роста и развития. Установлено, что мутантные растения с низким содержанием в тканях брассиностероидов растут в темноте также как и растения, помещенные в условия яркого освещения. Также у них наблюдается ряд нарушений жизненного цикла, включая ослабленное прорастание семян, стерильность и карликовость.
 
Физиологический ответ на действие брассиностероидов очень похож на тот, который описан для гибереллина (еще одного гормона).  Но эти гормоны взаимодействуют друг с другом на молекулярном уровне. В своих недавних исследованиях Вонг с коллегами раскрыли молекулярные механизмы, с помощью которых брассиностероиды изменяют экспрессию генов и проанализировали взаимодействие между этими двумя гормонами. Учеными установлено, как брассиностероиды модифицируют и передают внутрь клетки сигналы, генерируемые светом, температурой и гиббереллинами.  В результате большой набор различных сигналов интегрируется в механизмы, непосредственно регулирующие рост растений.
 
При этом Вонг утверждает, что свет непосредственно никак не влияет на брассиностероиды. Эту роль выполняет транскрипционный фактор PIF4, который инактивируется фоторецептором фитохром. Активируемый брассиностероидами протеин BZR1 и стабилизирующийся в темное PIF4 формируют комплекс, направляющий экспрессию генов в сторону этиоляции.
 
Удаление из растения PIF4 или BZR1 вызывает появление признаков дефицита брассиностероидов, выражающихся в деэтиоляции и ингибировании процессов удлинения клеток.  Ранее было известно, что воздействие температуры на растения также передается через PIF4, но оказалось что для этого процесса необходима согласованная работа комплекса BZR1-PIF4. Таким образом, доказана новая роль брассиностероидов, как модуляторов уровней освещенности и температуры в изменение внутриклеточных процессов.
 
Брассиностероиды и гиббереллины являются двумя основными гормонами, регулирующими рост растений, и оказывают сходное воздействие.  Вонг и его команда продемонстрировали, что воздействие гиббереллинов на удлинение клеток зависит от присутствия брассиностероидов и активного протеина BZR1 в ядре. Гиббереллин удаляет ингибиторные белки класса DELLA, инактивирующие BZR1, что позволяет последнему оказывать более выраженное влияние на экспрессию генов. Без брассиностероидов и BZR1 гиббереллин оказывает минимальный эффект на рост клеток растений.
 
Данные исследования указывают, что ключевое воздействие на удлинение клеток оказывают брассиностероиды, а гиббереллин входит в дополнительный уровень регуляции активности этих факторов. Гиббереллин, брассиностеродиды, PIF4, DELLA и BZR1 объединены в целостную командную систему, преобразующие сигналы из внешней среды в модификацию программы развития, и принятие "решения" о скорости роста растения.
 
Данные исследования были поддержаны из фондов NIH, NSF и China Scholarship Council. Работа проведена в Корнегиевском научном институте (carnegiescience.edu) -- частной, некоммерческой организацией со штаб-квартирой в Вашингтоне. Шесть ее подразделений разбросаны по США.
 
Брассиностероиды и гиббереллины являются действующими веществами ряда регуляторов роста растений.
 
Источник:  Stanford, Калифорния