Ключевой генетический механизм в сигнализации гормона растений может помочь защитить урожай от стрессоров

Ученые из Института биологических исследований Солка обнаружили ключевой генетический переключатель, с помощью которого растения контролируют свою реакцию на газ этилен — природный гормон растений, известный своей способностью ускорять созревание плодов. Однако в условиях стресса этилен может вызывать увядание листьев, преждевременное старение и порчу из-за перезревания. Результаты, опубликованные 30 августа в журнале Science, могут стать ключом к управлению этим переключателем, позволяя растениям балансировать между устойчивостью к засухе и ростом, что уменьшит потери урожая.

"В различных стрессовых условиях — наводнение, засуха, охлаждение, повреждение или атака патогенов — этилен говорит растениям адаптироваться к этим неблагоприятным изменениям", — говорит старший автор исследования Джозеф Экер. — "Наше исследование обнаружило ключевой этап в том, как растения 'чувствуют запах' газа этилена, что может привести к лучшим способам управления этими процессами у сельскохозяйственных культур".

Растения чувствуют этилен, что запускает каскад событий в их клетках. Сенсоры этилена в клетках посылают сигнал в ядро, центральный отсек клетки, содержащий ДНК, который инициирует генетические программы для адаптации к условиям. Ученые, включая команду Экера, определили функции ряда ключевых регуляторов в пути передачи сигнала этилена, включая белок EIN2 (ethylene insensitive 2).

Белок EIN2 находится в эндоплазматическом ретикулуме, части клетки, которая облегчает транспорт белков, и играет важную роль в передаче сигнала этилена. Однако его функция оставалась загадочной. Используя различные сложные тесты, команда Экера раскрыла механизм, согласно которому для активации реакции на этилен необходимы процессинг белка EIN2 в эндоплазматическом ретикулуме и перемещение сигнальных молекул в ядро.

Понимание этого механизма может привести к новым методам, помогающим растениям выживать в тяжелых условиях. Стресс вызывает различные негативные реакции: увядание и скручивание листьев, преждевременное старение листьев (сенесценцию), снижение эффективности фотосинтеза, потерю хлорофилла, плохое опыление, а также потерю цветов, плодов и семян.

Самой сильной за 25 лет засухе в США угрожает уничтожить доходы фермеров и повысить цены на продукты. Исследователи изучают стрессовые условия, чтобы улучшить урожайность, что стало особенно актуально в условиях изменения климата. Снижение восприимчивости культур к определенным стрессорам может позволить повысить урожайность во время засух и, возможно, дать возможность более засушливым регионам выращивать прибыльные культуры для растущего населения мира.

"Производители могут опрыскивать растения ингибитором этилена", — говорит Хун Цяо, первый автор статьи. — "Это блокирует рецепторы растения, не давая им чувствовать этилен, что влияет на рост. Без пути передачи сигнала этилена помидор никогда не созреет. Слишком много этилена — и помидор перезревает. Поэтому фундаментальные знания о точном механизме контроля реакции на этилен приведут к лучшим способам управления этими процессами у сельскохозяйственных культур".