Манипулирование растительными ферментами может защитить урожай от наводнений

Новое исследование Оксфордского университета и Института биохимии растений Лейбница, опубликованное в Nature Communications, раскрыло молекулярные механизмы реакции растений на гипоксию (недостаток кислорода) во время наводнений.

Почему это важно?

Наводнения — серьезная угроза для сельского хозяйства. При затоплении уровень кислорода для растений падает. У них есть встроенная стратегия выживания в условиях стресса, которая перестраивает метаболизм, но как именно она контролировалась, было неизвестно. Понимание этого механизма может помочь манипулировать им для защиты культур, что особенно актуально в условиях учащающихся из-за изменений климата наводнений.

Как работает реакция на гипоксию?

При нехватке кислорода стрессовый ответ растения фактически отключает обычный метаболизм и активирует альтернативный путь, позволяющий выживать короткое время с пониженным уровнем энергии.

Цель и результаты исследования

Целью было понять, как работают ферменты, запускающие этот процесс. Ученые знали, что реакцию на гипоксию контролируют транскрипционные факторы ERF. Их стабильность кислород-зависимым образом регулируется ферментами Plant Cysteine Oxidases (PCOs). PCOs ускоряют деградацию факторов ERF через систему протеасомы.

Ключевое открытие: исследование показало, как PCOs используют кислород для своей работы и как это позволяет пометить ERF для деградации. Таким образом, весь этот путь требует молекулярного кислорода.

• При нормальном снабжении кислородом ERF разрушаются до того, как активируют гены стрессового ответа.
• Когда кислорода мало (как при наводнении), PCOs не могут эффективно работать, ERF не помечаются на деградацию и могут активировать необходимую для выживания гипоксическую стрессовую реакцию.

Значение для продовольственной безопасности

Стабилизация транскрипционных факторов ERF, как было показано, повышает устойчивость к затоплению. Поэтому направленная инактивация ферментов PCOs, регулирующих их стабильность, может помочь в создании культур, способных дольше и эффективнее переносить наводнения.

Дальнейшие шаги

Теперь, когда понятна функция ферментов, ученые изучают детали их структуры и механизма работы. Это поможет найти наиболее эффективный способ искусственно ингибировать их активность для повышения стабильности ERF, сначала в изолированных компонентах пути, а затем и в растениях.