Исследование показывает, как растения адаптируются к холоду и заморозкам

Исследователи из отдела физиологии растений RPTU Кайзерслаутерн изучают механизмы адаптации растений к абиотическим стрессам, таким как температура. Используя модельное растение резуховидку Таля (Arabidopsis thaliana), они расшифровали ключевые клеточные механизмы адаптации к холоду. Результаты опубликованы в The Plant Cell.

Адаптация мембран к холоду

При понижении температуры растения меняют метаболические процессы, в первую очередь — состав липидных бислоев клеточных мембран. Это необходимо для поддержания текучести и функциональности мембран при низких температурах.

Синтез новых липидов для ремоделирования мембран происходит в хлоропластах и эндоплазматическом ретикулуме (ЭР). Жирные кислоты — строительные блоки липидов — сначала синтезируются в хлоропластах, затем экспортируются в ЭР через транспортный белок Fatty Acid Export 1 (FAX1).

Ранее было обнаружено, что количество белка FAX1 значительно снижается при холодовом воздействии, но значение этого снижения для адаптации было неизвестно.

Роль FAX1 и механизм его регуляции

Исследование показало, что мутанты растений, постоянно производящие большое количество белка FAX1 (оверэкспрессоры), при холоде демонстрировали:

• Неэффективный рост и преждевременное старение.
• Дефекты фотосинтеза.
• Накопление токсичных активных форм кислорода, например, супероксида водорода.
• Нарушение сбалансированного синтеза липидов: в отличие от диких растений, активирующих при холоде синтез в хлоропластах, оверэкспрессоры FAX1 синтезировали много липидов в ЭР.

Был идентифицирован фермент, ответственный за деградацию FAX1 исключительно при низких температурах — ромбовидная протеаза 11 (RBL11), расположенная во внутренней оболочке хлоропластов. Мутанты, лишённые RBL11, проявляли те же симптомы, что и оверэкспрессоры FAX1.

Вывод: Деградация FAX1 в условиях холода, контролируемая протеазой RBL11, критически важна для успешной адаптации растений к низким температурам.

Перспективы

По словам профессора д-ра Эккехарда Нойхауса, эти результаты вносят важный вклад в понимание функций хлоропластов в адаптации. В перспективе это может позволить целенаправленно повысить холодоустойчивость чувствительных сельскохозяйственных культур.