Механизмы реакции растений на потепление: открыты два пути

Микроскопические поры на поверхности листьев, устьица, помогают растениям «дышать», контролируя потерю воды при испарении. Они же обеспечивают поступление углекислого газа для фотосинтеза.

Известно, что при нагреве растения увеличивают открытие устьиц для транспирации («потоотделения») и охлаждения. Однако генетические и молекулярные механизмы этой реакции на повышение температуры более века оставались не до конца изучены.

Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего, Н. Панкасем и профессор Дж. Шрёдер, выявили два различных пути, которые растения используют при росте температуры. Результаты опубликованы в New Phytologist.

Решение методической проблемы

Главной сложностью было отделить влияние температуры от влияния влажности воздуха (разницы давлений пара, VPD). Панкасем разработал новый подход, позволяющий фиксировать VPD при повышении температуры, что дало возможность изучить чистый температурный отклик.

Первый путь: через датчики CO2

Основной механизм, общий для разных видов растений (в исследовании — Arabidopsis thaliana и Brachypodium distachyon, родственный пшенице и кукурузе), задействует датчики углекислого газа.

  1. При быстром нагреве листа усиливается фотосинтез.
  2. Это приводит к снижению уровня CO2 в листе.
  3. Датчики CO2 регистрируют это падение и инициируют открытие устьиц для увеличения притока углекислого газа.

Второй путь: «чрезвычайный» при экстремальной жаре

При экстремальном нагреве фотосинтез угнетается, и срабатывает второй, резервный механизм. Он обходит систему датчиков CO2 и «отключается» от фотосинтеза. Устьица открываются, чтобы обеспечить охлаждение за счёт транспирации, но без сопутствующей выгоды от фотосинтеза.

«Растения, вероятно, будут требовать больше воды на единицу поглощённого CO2. Это может иметь прямое влияние на планирование орошения в сельском хозяйстве», — отметил Н. Панкасем.

Понимание этих молекулярных механизмов может помочь в разработке стратегий для снижения потребности сельскохозяйственных культур в воде в условиях глобального потепления. Сейчас исследователи сосредоточены на изучении молекулярной основы второго, «чрезвычайного» пути.