Без miRNA растения не могут реагировать на температуру
Ученые из Калифорнийского университета в Риверсайде значительно продвинулись в попытках контролировать реакцию растений на температуру. Ключом к этому прорыву стала miRNA — молекула, почти в 200 000 раз меньшая ширины человеческого волоса.
При умеренном повышении температуры растения растут выше, чтобы избежать нагретой почвы и получить более свежий воздух. Исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, показывает, что для этого роста необходима микроРНК (miRNA). Также определено, какие именно молекулы miRNA из более чем 100 возможных являются ключевыми.
«Мы обнаружили, что без miRNA растения не будут расти, даже если мы повысим температуру, даже в присутствии добавленных гормонов роста», — сказал профессор ботаники и соавтор исследования Мэн Чен.
miRNA необходима для здорового развития биологических клеток. Она создается, чтобы связываться с конкретной мишенью-РНК и предотвращать создание того, что эта мишень должна была производить.
«miRNA подавляет производство своей мишени-РНК, вызывая ее расщепление или препятствуя трансляции этой РНК в белок», — пояснила профессор ботаники и соавтор исследования Сюэмэй Чен.
Лаборатория Сюэмэй Чен помогла открыть miRNA у растений. Лаборатория Мэн Чена ранее идентифицировала компоненты, участвующие на ранних стадиях температурной чувствительности растений. Ученые объединили усилия, чтобы выяснить, играет ли miRNA, столь важная для других форм жизни, роль и в температурных реакциях растений.
Для теста ученые рассматривали только мягкое повышение температуры — с 21 до 27 °C. «Мы не изучали стрессовые реакции. Мы хотели изучить температурное восприятие, не поднимая температуру до уровня, который убил бы растения», — отметил Мэн Чен.
Исследователи взяли растение Arabidopsis (резуховидку Таля) и изучили мутантные формы с очень низким уровнем miRNA. Без miRNA мутантный Arabidopsis не мог реагировать на изменение температуры должным ростом.
Затем был проведен генетический эксперимент: ученые попытались создать дополнительные мутации у мутантного Arabidopsis с дефицитом miRNA, чтобы восстановить его способность чувствовать температуру. Эксперимент сработал «идеально» и выявил ген, ответственный за восстановление уровня miRNA и способности растения чувствовать тепло.
Далее команда столкнулась с проблемой поиска конкретной miRNA, участвующей в температурном ответе. Arabidopsis производит 140 молекул miRNA. Ученые предположили, что уровень ответственных молекул будет повышаться вместе с температурой, но этого не произошло.
Вспомнив, что miRNA связывается и «выключает» молекулы РНК-мишени, команда вместо этого изучила уровни этих мишеней, которые различались у исходного мутантного растения и у второго созданного ими мутанта.
«Изучив это, мы обнаружили, что мишени 14 miRNA изменились, а вместе с мишенями мы нашли и саму miRNA», — сказала Сюэмэй Чен.
Определив нужные молекулы miRNA, команда наконец собрала полную картину температурного ответа. Она включает две основные части: молекулы, которые чувствуют температуру, и ауксин — гормон, который позволяет реагировать на ощущаемое, способствуя росту растения.
«Между сенсором и ответчиком находится miRNA. Без нее растения могут чувствовать тепло, но не могут отреагировать на него ростом. Это привратник, который может закрыть — или позволить — растениям справляться с изменениями температуры окружающей среды», — объяснил Мэн Чен.
Во время экспериментов команда также обнаружила, что miRNA необходима для реакции растений на отраженную тень от соседних растений.
«Наше открытие связало воедино три элемента, найденных во всех растениях, которые являются ключевыми для их реакции на окружающую среду», — сказал Мэн Чен. «Это включает сенсоры, отслеживающие изменения температуры и света, гормоны, управляющие ростом растений, и miRNA, контролирующую развитие растений».
Исследователи надеются, что их выводы можно будет использовать для увеличения урожайности сельскохозяйственных культур в условиях изменения климата.
«Потенциал в том, что мы можем использовать это, чтобы управлять реакцией растений на локальные температурные и световые условия и контролировать их рост в различных средах», — заключил Мэн Чен.