«Если завтра засуха»: ученые выяснили, как растения берегут влагу
Белковую молекулу, которая сигнализирует о засухе и помогает растениям удерживать влагу, удалось обнаружить японским ученым. Статья, в которой изложена суть открытия, 12 апреля опубликована в журнале Nature.
Ученые проанализировали 27 растительных пептидов (малоразмерных белков) из CLE-семейства, которые участвуют в передаче разнообразных сигналов от корней к листьям. Обработка листьев или корней резуховидки Таля (Arabidopsis thaliana) одним из этих соединений — CLE25 — приводила к расширению устьиц, через которые растения испаряют воду в процессе транспирации. Также было показано, что CLE25 усиленно синтезируется в корнях растений при недостатке влаги, после чего перемещается по сосудам в листья.
Эксперименты с мутантными растениями, в которых искусственно «выключены» исследуемые гены, показали, что в листьях CLE25 связывается с BAM-рецепторами, что приводит к накоплению фермента — 9-цис-эпоксикаротеноид-деоксигеназы (NCED3). NCED3, в свою очередь, участвует в образовании абсцизовой кислоты — растительного гормона, который сужает устьица и тем самым способствует удержанию влаги.
Отметим, что растения регулируют диаметр устьичных пор в зависимости от условий среды. Чем он у́же, тем меньше влаги теряется в единицу времени, и наоборот. В условиях засухи запускаются сложные ферментативные каскады, приводящие к синтезу абсцизовой кислоты, закрытию устьиц и снижению транспирации. Вплоть до сегодняшнего дня было неясно, чем именно опосредуется образование этой кислоты в растениях.
Отметим также, что резуховидка Таля (арабидопсис) служит классическим модельным организмом в молекулярно-генетических исследованиях цветковых растений. Ее геном (совокупность всей ДНК в ядре клетки), полностью расшифрованный в 2000 году, настолько компактен, что насчитывает всего 1,42×108 элементарных звеньев (нуклеотидных пар, н. п.). Для сравнения, геном кукурузы (Zea mays) состоит из 2,3×109 н. п., а табака (Nicotiana benthamiana) — около 3×109 н. п.
Работать с резуховидкой Таля удобно еще и потому, что она проходит полный цикл своего развития всего за 6–10 недель. Столь быстрая смена поколений позволяет генетикам ставить эксперименты на арабидопсисе в ускоренном режиме.
Понять механизмы удержания влаги в растениях на молекулярно-генетическом уровне крайне важно, ведь засуха по сей день остается едва ли не главным бичом сельского хозяйства. Вполне возможно, что на основе накопленных в этой области знаний ученым в ближайшем будущем удастся вывести засухоустойчивые сорта культурных растений с пониженной транспирацией. Для этого молекулярным биологам предстоит научиться управлять теми генами, которые кодируют важные для удержания воды пептиды и белки, в том числе и CLE25.
