Защита риса от ночной жары

Рис (Oryza sativa L.) — основной продукт питания для более половины населения мира. Математическое моделирование показывает, что мировая урожайность зерновых теряет 6–7% на каждый 1°C повышения сезонной средней температуры, связанного с экстремальной жарой.

В прошлом веке ночные минимальные температуры росли быстрее дневных максимумов. Культуры, такие как рис, имеют разную чувствительность к тепловому стрессу днем и ночью, а также среди сортов. Однако механизм этой суточной разницы в термотолерантности оставался неясен.

Циркадные часы — универсальная система, позволяющая растениям координировать рост с сигналами дня и ночи, но факторы, обеспечивающие временную устойчивость, были неизвестны.

Чуан Ян и команда из Чжэцзянского университета обнаружили, что два богатых глицином белка риса с мотивами распознавания РНК, OsGRP3 и OsGRP162, ритмически экспрессируются и индуцируются жарой ночью. Эта ритмическая индукция тепловым стрессом в полночь в значительной степени зависит от OsELF3-2, одного из компонентов EC (Evening Complex).

Исследование под руководством профессора Цзянь-Сяна Лю опубликовано в журнале Science Bulletin.

Регуляция экспрессии

• Эффектор-репортерные анализы подтвердили, что EC подавляет промоторную активность OsGRP3/OsGRP162.
• Суточная индукция этих генов тепловым стрессом обусловлена суточным снижением активности EC при высоких температурах.

Биологическая функция

• Созданные с помощью редактирования генов двойные мутанты OsGRP3/OsGRP162 показали резко сниженную выживаемость всходов и степень завязывания семян по сравнению с диким типом после теплового стресса.
• У мутантов на репродуктивной стадии степень завязывания семян и масса зерна снижались сильнее при ночном тепловом стрессе, чем при дневном. Это подтверждает роль OsGRP3/OsGRP162 в суточной регуляции термотолерантности риса.

Механизм действия

• RNA-seq анализ показал, что у двойного мутанта при тепловом стрессе глобально снижена экспрессия генов теплового ответа и повышена частота альтернативного сплайсинга мРНК с преобладанием пропуска экзона.
• Множественные эксперименты доказали, что OsGRP3/OsGRP162 напрямую связываются с мРНК-мишенями и участвуют в альтернативном сплайсинге, взаимодействуя со сплайсосомными факторами U1/U2.

Вывод

Исследование продемонстрировало ключевую роль OsGRP3/OsGRP162 в термотолерантности риса и раскрыло механизм: эти белки регулируют устойчивость к жаре, контролируя альтернативный сплайсинг мРНК суточным образом. Работа проливает свет на то, как циркадные часы регулируют суточную термотолерантность у растений, постоянно подверженных стрессам в естественных условиях.