Как изменение климата вызывает стресс у растений и меняет их рост

Растения обладают уникальной способностью расти сотни лет, всегда следуя к солнечному свету. Однако новые стимулы, вызванные текущими климатическими изменениями, нарушают их нормальный рост.

Долголетие Пандо и влияние климата

Самый старый лес на планете — Пандо в Юте — существует 80 000 лет. Эта колония из 40 000 генетически идентичных осин общается через единую корневую сеть. Хотя колония древняя, её деревья не растут непрерывно. Их развитие регулируется сезонами и необходимостью контролировать рост, чтобы противостоять внешним угрозам. Климатический кризис нарушает эти внешние стимулы, напрямую влияя на нормальную регуляцию роста.

Секрет роста скрыт в клетке

Растения формируют новые органы (листья, цветы, корни) в ответ на внешние стимулы, например, изменение длины светового дня. Эти стимулы активируют специфические гены в ДНК, что приводит к развитию определённого органа. Весь рост — от прорастания семени до цветения — это результат феномена "чтения" генов специальными активаторами.

Белки DELLA определяют рост

Растения не могут позволить себе бесконечный рост из-за энергетических затрат. Чтобы остановить рост (например, зимой), они используют "предохранители" — белки DELLA. Эти белки, найденные только у растений (от мхов до цветковых), блокируют активаторы генов в ядре клетки.

Для возобновления роста растению необходимо разрушить белки DELLA. Клетка помечает их для деградации, добавляя маленький белок убиквитин, который действует как "почтовая марка", отправляющая DELLA в "клеточную мусорку".

Климатический стресс блокирует деградацию DELLA

Из-за своей неподвижности растения не могут убежать от наводнений или засух. Эти новые экстремальные условия вызывают стресс, заставляя растения экономить энергию для выживания, а не для роста. В таком состоянии они не должны разрушать белки DELLA.

Вместо убиквитина к DELLA присоединяется его "кузен" — белок SUMO. SUMO действует как спасательный круг, занимая то же место на белке DELLA, куда должен был присоединиться убиквитин. Это предотвращает деградацию DELLA и позволяет растению пережить неблагоприятные условия.

В условиях климатического кризиса понимание этого механизма важно для поддержания устойчивости сельскохозяйственных культур. Исследователи активно работают над выделением или селекцией растений, способных быстро активировать SUMO, чтобы расти в неблагоприятной среде.