Посадка новой перспективы в климатических исследованиях

Исследование механизмов реакции и адаптации растений к повышенным уровням углекислого газа (CO2) и более высоким температурам открыло новую перспективу в климатических исследованиях.

Ведущий исследователь Кьонг А. Лю (Элисон) из Департамента биохимии и клеточной биологии Университета Стоуни-Брук обнаружила, что повышенный CO2 и более высокие температуры влияют на аспект экспрессии генов у растений, контролирующий время цветения и пролиферацию клеток.

Результаты исследования "Влияние углекислого газа и температуры на экспрессию микроРНК в развитии Arabidopsis" опубликованы 31 июля в онлайн-журнале Nature Communications.

Чтобы выяснить, как эти изменения влияют на растения на клеточном уровне, Лю сосредоточилась на изучении воздействия повышенных уровней CO2 и температуры по отдельности на малые РНК у Arabidopsis thaliana.

МикроРНК (miRNAs) — это один из двух типов малых РНК, которые подавляют экспрессию регулируемых ими генов-мишеней. Идентификация miRNAs, чья экспрессия изменяется под воздействием стрессовых факторов окружающей среды, позволяет ученым определить биологические пути, участвующие в регуляции фенотипов растений в ответ на изменение среды.

«Это первая статья о малых РНК в области изменения климата», — говорит Лю. «Ранее не было показано, что CO2 регулирует экспрессию малых РНК... Мы обнаружили, что повышение температуры на 3–6°C от оптимальной (23°C для Arabidopsis) регулирует другой набор miRNAs... причем почти все miRNAs, на которые влияет удвоение атмосферной концентрации CO2, регулируются в противоположном направлении».

Используя секвенирование следующего поколения в сочетании со статистическим и вычислительным анализом, команда Лю впервые продемонстрировала на уровне всего генома, что увеличение атмосферной концентрации CO2 и температуры в пределах, прогнозируемых в этом столетии, может изменить экспрессию четырех функциональных групп miRNAs:

«Эти результаты указывают на то, что в условиях глобального потепления производство зерна и биомассы растений может измениться за счет изменения экспрессии этих miRNAs», — объясняет Лю. «Учитывая, что почти все эти miRNAs консервативны у многих видов, их идентификация дает нам отправную точку для повышения урожайности растений... чтобы встретить предстоящие вызовы глобального потепления».

Лю добавляет, что один путь, регулируемый miRNA (miR156), был идентифицирован как наиболее вероятный посредник в индуцированном повышенной концентрацией CO2 раннем цветении. Этот результат был получен независимо от трех других соответствующих исследований, опубликованных одновременно в журналах Science и Elife.

Исследователь сейчас тестирует, как комбинированные условия повышенной концентрации CO2 и температуры влияют на экспрессию miRNAs. Это важные эксперименты, учитывая, что эти два условия, как известно, влияют на экспрессию нескольких miRNAs в противоположных направлениях.

Лю также готовит рукопись, связанную с тем, как повышенная концентрация CO2 влияет на метилирование геномной ДНК — еще один регуляторный механизм, контролирующий экспрессию генов и стабильность генома.