Механизм реакции на тепловой стресс и ускоренного старения листьев у овсяницы тростниковой

Овсяница тростниковая (Festuca arundinacea) — один из важнейших и наиболее широко используемых в мире видов газонных и кормовых злаков холодного сезона. Оптимальная температура для её роста составляет от 15 до 25 °C. Высокие температуры негативно влияют на её рост и развитие; одним из основных симптомов теплового повреждения является преждевременное старение листьев.

Группа молекулярной селекции газонных и кормовых трав под руководством профессора Чэнь Ляна из Уханьского ботанического сада сообщила о молекулярном механизме адаптации к теплу и теплового старения на транскрипционном и посттранскрипционном уровнях у овсяницы тростниковой.

Исследователи сравнили транскриптомные данные листьев овсяницы, подвергнутых тепловой обработке (один час и 72 часа), и стареющих листьев, комбинируя секвенирование в реальном времени одной молекулы (SMRT) и секвенирование Illumina.

Результаты показали, что кратковременный тепловой стресс может повышать термотолерантность за счёт сильной активации белков теплового шока (Hsps) и факторов теплового шока (Hsfs), а также специфической активации FK506-связывающих белков (FKBPs), генов кальциевой сигнализации, генов глутатион-S-трансферазы, генов, связанных с фотосинтезом, и генов фитогормональной сигнализации.

Однако, в сравнении с этим, длительный тепловой стресс может приводить к старению листьев через активацию генов катаболизма хлорофилла, генов синтеза/деградации фитогормонов, стресс-реактивных генов и NAC-транскрипционных факторов, а также подавление генов, связанных с фотосинтезом, FKBPs и каталаз.

Впоследствии роли трёх генов-кандидатов, включая FaHsfA2a, FaNAC029 и FaNAM-B1, в реакции на тепловой стресс были исследованы с помощью временной сверхэкспрессии в табаке. Кроме того, было обнаружено, что альтернативный сплайсинг широко распространён среди генов, реагирующих на тепловой стресс и старение.

Это исследование помогает прояснить лежащие в основе механизмы реакции на тепловой стресс и ускоренного теплом старения листьев у овсяницы тростниковой и может дать важные ключи для углублённой характеристики генов-кандидатов для селекции на устойчивость к жаре.

Результаты опубликованы в журнале BMC Plant Biology в статье "SMRT and Illumina RNA sequencing reveal novel insights into the heat stress response and crosstalk with leaf senescence in tall fescue."