Взаимодействие стрессовых реакций на жару у кукурузы
Экстремальные условия, вызванные изменением климата, создают стресс у сельскохозяйственных культур. Новое исследование учёных из Университета штата Айова показывает, как два, казалось бы, не связанных ответа у растений кукурузы взаимодействуют, помогая культуре пережить тепловой стресс.
Исследование, опубликованное во вторник в журнале The Plant Cell, показывает, как ответ на развёрнутые белки (unfolded protein response) помогает активировать тепловой шоковый ответ при воздействии на растения высоких температур. Эти два ответа происходят в разных частях клеток, и ранее учёные предполагали, что они независимы. Однако данные, собранные с помощью Enviratron — высококонтролируемого автоматизированного комплекса с роботизированным ровером и климатическими камерами, — позволили показать их взаимосвязь.
"Считалось, что эти две системы работают независимо. Мы смогли показать, что они иногда работают вместе, чтобы смягчить ущерб от жары и защитить растение от стресса", — сказал Стивен Хауэлл, старший автор исследования.
Тепловой стресс вызывает денатурацию и неправильное сворачивание белков в эндоплазматическом ретикулуме. Накопление misfolded белков запускает сигнал, активирующий экспрессию защитных генов. Аналогичный ответ происходит в цитоплазме, где жара активирует гены белков теплового шока.
Новое исследование показывает, что, хотя ответы происходят в разных компартментах клетки, они работают согласованно: мощный транскрипционный фактор, вырабатываемый в ответе на развёрнутые белки, активирует экспрессию ключевого фактора, запускающего тепловой шоковый ответ.
Учёные обнаружили, что "выключение" ответа на развёрнутые белки делает растения кукурузы более уязвимыми к тепловому стрессу и нарушает тепловой шоковый ответ. Это поднимает вопрос, может ли сверхэкспрессия этого ответа усилить устойчивость к жаре, однако Хауэлл отмечает возможные негативные последствия.
"Есть баланс, как на качелях, между защитой и ростом. Чем больше вы вкладываете в защиту, тем больше жертвуете ростом. Возможно, можно обеспечить бо́льшую защиту, но за счёт роста", — пояснил он.
В исследовании использовались данные Enviratron, где роботизированный ровер перемещается между специализированными климатическими камерами, позволяя точно контролировать температуру, влажность, свет и концентрацию CO2. Разработка комплекса была профинансирована Национальным научным фондом (NSF).
Это первая публикация в рецензируемом журнале, основанная на данных, полученных в Enviratron.