Свободно формирующиеся органеллы помогают растениям адаптироваться к изменению климата

Способность растений ощущать свет и температуру, а также адаптироваться к изменению климата, зависит от свободно формирующихся структур в их клетках, функция которых до сих пор оставалась загадкой.

Впервые исследователи из Калифорнийского университета в Риверсайде определили, как эти структуры работают на молекулярном уровне, а также где и как они формируются. Эта информация описана в двух новых статьях в журнале Nature Communications.

Учёные давно изучают мембраносвязанные компартменты, называемые органеллами, в клетках растений, такие как аппарат Гольджи, митохондрии и, что наиболее важно, ядро, где копируется и транскрибируется в РНК ДНК.

Однако гораздо меньше известно о безмембранных органеллах, которые могут динамически собираться и разбираться внутри ядра, таких как фототела, помогающие растениям ощущать свет и температуру.

Частью сложности в изучении фототел или безмембранных органелл в целом является то, что молекулы постоянно движутся внутрь и наружу. Это затрудняет различение функции компонентов внутри органелл и снаружи. Кроме того, эти фототела формируются только на свету.

Как изучали функцию органелл

Лаборатория профессора Менг Чена сначала использовала подход удаления гена у лабораторного растения, чтобы наблюдать изменения в фототелах и реакциях растений на свет или температуру. Удаление определённого гена сделало растения частично «слепыми» к свету, но это была лишь корреляция.

Прорывным стал другой подход — увеличение размера органелл, а не их устранение. С более крупными органеллами стало возможным увидеть их функцию.

Результат: Безмембранные органеллы помогают растениям различать целый диапазон различных интенсивностей света. Без них растения не смогли бы «видеть» изменения в интенсивности света.

Связь органелл с температурой

В другом наборе экспериментов исследователи проверили связь этих органелл с температурой. Ранее группа показала, что при повышении температуры количество этих органелл уменьшается.

Группа предположила, что температурная чувствительность зависит от того, где в клетке формируются органеллы. Оказалось, их формирование не случайно. Более половины фототел находятся рядом с центромерами — областью хромосомы, содержащей «замолченные» гены.

• При 16 °C в клетках было девять типов безмембранных органелл.
• При 27 °C их число упало до пяти типов.

Хотя все они содержат температурно-чувствительный белок фитохром B, некоторые из этих органелл чувствительны к температуре, а другие — нет.

Значение для будущего

Исследователи надеются показать, что можно изменить чувствительность растений к свету и температуре, манипулируя местом формирования органелл. Это особенно важно для выращивания продовольственных культур в более жарком и ярком мире.

«Чтобы прогнозировать и смягчать последствия изменения климата, нам необходимо понимать, как растения ощущают и реагируют на окружающую среду, особенно на температуру», — сказал Чен. «Температура связана не только с ростом и размером. Она связана со всем: временем цветения, развитием плодов, реакцией на патогены и иммунитетом».