Открытие семейства гормонов может стать ключом к повышению урожайности

Культурные растения часто сталкиваются с неблагоприятными условиями. Вместо того чтобы тратить энергию на рост, такие факторы, как болезни, экстремальные температуры и засоленные почвы, заставляют растения использовать её для реакции на стресс. Это известно как «компромисс между ростом и стрессовым ответом». Исследователи из Университета Нагоя обнаружили ранее неизвестный путь, который регулирует, использует ли растение свои ресурсы для роста или для устойчивости к стрессу. Это открытие может позволить контролировать стрессовый ответ в сельскохозяйственных условиях, повышая урожайность. Результаты опубликованы в журнале Science.

Группа под руководством профессора Ёсикацу Мацубаяси и доцента Мари Охниши из Высшей школы наук Университета Нагоя исследовала роль гормонов и их рецепторов в стрессовом ответе растений.

Они сосредоточились на трёх рецепторах, для которых соответствующий гормон ещё не был идентифицирован. Используя резуховидку Таля (Arabidopsis thaliana), они обнаружили семейство PSY, которое функционирует как гормон, связывается с этими рецепторами и опосредует переключение между стрессовым ответом и ростом.

Исследование пути привело к неожиданному открытию. Обычно рецепторы и гормоны функционируют как замок и ключ, где гормон (в данном случае пептидный гормон PSY) выступает ключом, необходимым для запуска биологического процесса. Однако в этом исследовании клетки растений, не продуцирующие PSY, всё равно демонстрировали активный стрессовый ответ. Это говорит о том, что присутствие «ключа» PSY в «замке» рецептора не активирует, а, наоборот, удерживает стрессовый ответ выключенным.

Для проверки природы стрессовых ответов растения выращивали в экстремально стрессовых условиях (жара, соль) и заражали бактериями. Растения с дефицитом рецепторов PSY или постоянно получавшие гормон PSY неадекватно реагировали на стресс, что снижало их выживаемость. Учёные заключили, что растения в стрессе прекращают высвобождать PSY, и именно его отсутствие индуцирует гены стрессового ответа.

Для объяснения этого феномена предложен механизм, при котором повреждённые клетки снижают концентрацию гормонов PSY в соседних клеточных слоях. Этот недостаток PSY и запускает стрессовый ответ. Важно, что это может объяснить, как даже повреждённые растения передают сигналы.

Вместо того чтобы тратить ограниченные ресурсы на создание нового сигнала, повреждённая клетка может просто прекратить высвобождение гормона PSY, активируя стрессовый ответ. Такой механизм балансирует устойчивость к стрессу с сопутствующими энергозатратами. В результате даже в самых стрессовых условиях растения могут продолжать рост, управляя своими ограниченными ресурсами.

«Большинство механизмов, обнаруженных у Arabidopsis, есть и у других растений. Следовательно, наши результаты применимы ко всем сельскохозяйственным культурам», — пояснил Мацубаяси.

«Этот механизм позволяет искусственно контролировать баланс между устойчивостью к стрессу и урожайностью, которые находятся в отношениях компромисса. В последние годы всё больше культур выращивается в растениеводческих комплексах. В условиях низкого стресса таких закрытых сред система стрессового ответа, необходимая для выживания в изменчивой природной среде, не всегда нужна. Создание сортов со сниженной активностью рецепторов PSY для таких комплексов может привести к повышению урожайности в контролируемых условиях».