Ученые использовали большие данные для картирования стрессовых реакций у кукурузы

Исследователи из Университета штата Айова завершили новое исследование, описывающее генетические пути, активируемые у растений кукурузы в ответ на стресс, вызванный жарой. Это может привести к созданию сельскохозяйственных культур, более устойчивых к стрессу.

Результаты, опубликованные как статья «крупномасштабной биологии» в журнале The Plant Cell, картируют стрессовый ответ, детектируемый эндоплазматическим ретикулумом — органеллой в клетках проростков кукурузы. Это было многоуровневое исследование, в котором ученые проанализировали массивные наборы данных, чтобы учесть экспрессию десятков тысяч генов растения. Масштаб работы потребовал усилий нескольких институтов, включая ученых из Айовы, Мичигана и Университета Северной Каролины в Уилмингтоне.

Понимание того, как растения кукурузы справляются со стрессом, поможет селекционерам создавать культуры, лучше переносящие стрессовые условия и продолжающие производить урожай, — сказал Стивен Хауэлл, заслуженный профессор генетики, развития и клеточной биологии, старший автор исследования.

Эндоплазматический ретикулум играет ключевую роль в этом ответе, так как это субклеточная локация, где сворачиваются многие белки. Белки приобретают свою функцию в зависимости от формы, в которую они свернуты, но стрессовые условия, такие как высокая температура, приводят к их неправильному сворачиванию (мисфолдингу), что может быть токсично для клеток.

«Сворачивание белка — очень деликатный процесс, который легко нарушить, — сказал Хауэлл. — Мы хотим понять механизмы стрессового ответа, чтобы найти способы вмешаться и повысить выживаемость».

Исследователи применили химическое вещество к проросткам кукурузы, чтобы имитировать стрессовые условия окружающей среды, а затем отследили активность около 40 000 генов с помощью нескольких высокопроизводительных технологий. Это одно из первых исследований стресса у кукурузы, проведенных на таком уровне, — сказала Рену Шривастава, ассистент-ученый в Институте наук о растениях ISU и соавтор исследования.

Ученые подвергли растения постоянному стрессу и обнаружили, что растения могут адаптироваться — по крайней мере, какое-то время. Однако при постоянном стрессе клетки в конечном итоге «сдаются», что быстро приводит к гибели клеток, сказала Шривастава.

Картирование этого перехода от выживания клетки к ее смерти может проложить путь к методам продления или усиления стрессовой адаптации.

Исследование перекликается с аналогичной работой в области здоровья человека, сказал Хауэлл. Мисфолдинг белка также происходит у людей и может привести к неврологическим заболеваниям, таким как болезнь Паркинсона и Альцгеймера. Изучение этого процесса у растений может пролить свет на то, как другие организмы реагируют в аналогичных обстоятельствах.