Как растения реагируют на тепловой стресс

Растения, как и другие организмы, могут сильно страдать от теплового стресса. Чтобы повысить свои шансы на выживание, они активируют тепловой шоковый ответ — молекулярный путь, который также используют клетки человека и животных для защиты от стресса. Исследователи из Технического университета Мюнхена (TUM) обнаружили, что растительные стероидные гормоны могут усиливать этот ответ у растений.

Волны жары, учащающиеся из-за изменения климата, имеют серьёзные последствия для растений. «Тепловой стресс может негативно влиять на растения в их естественной среде, дестабилизировать экосистемы, а также резко снижать урожайность сельскохозяйственных культур, угрожая нашей продовольственной безопасности», — говорит профессор Бриджит Поппенбергер.

Клетки активируют молекулярный путь защиты от теплового стресса

Чтобы пережить короткие периоды теплового стресса, растения активируют молекулярный путь, называемый тепловым шоковым ответом. Этот ответ защищает клетки от повреждений, вызванных протеотоксическим стрессом, который повреждает белки. Такой стресс вызывается не только жарой, но и воздействием определённых токсинов, УФ-излучения или засоленности почвы.

Тепловой шоковый ответ защищает клетки разными способами, один из которых — выработка так называемых белков теплового шока, которые служат молекулярными щитами, защищающими белки от неправильного сворачивания.

Брассиностероиды могут повысить устойчивость растений к тепловому стрессу

Растения реагируют на тепловой стресс, активируя факторы теплового шока и другие молекулярные компоненты. В частности, в этом участвуют гормоны как химические посредники. Среди гормонов, которые производят растения, — брассиностероиды, регулирующие в основном их рост и развитие. Но помимо ростостимулирующих свойств брассиностероиды обладают и другими способностями, одна из которых — повышение устойчивости растений к тепловому стрессу.

Используя модельное растение Arabidopsis thaliana, исследовательская группа под руководством профессора Бриджит Поппенбергер выяснила, как брассиностероиды регулируют определённый транскрипционный фактор — особый белок, отвечающий за включение или выключение определённых участков ДНК. Этот фактор, называемый BES1, может взаимодействовать с факторами теплового шока, что позволяет направлять генетическую информацию на усиленный синтез белков теплового шока.

• При повышении активности BES1 растения становятся более устойчивыми к тепловому стрессу.
• При её снижении — более чувствительными. Кроме того, группа показала, что BES1 активируется тепловым стрессом, и эта активация стимулируется брассиностероидами.

Возможные применения в сельском хозяйстве и садоводстве

«Эти результаты представляют интерес не только для биологов, стремящихся расширить наше понимание теплового шокового ответа, но и имеют потенциал для практического применения в сельском хозяйстве и садоводстве», — говорит профессор Поппенбергер.

Существуют биостимуляторы, содержащие брассиностероиды, которые можно тестировать на способность повышать устойчивость растений к тепловому стрессу. Такие вещества являются натуральными продуктами, одобренными для органического земледелия. Альтернативно, BES1 может стать интересной мишенью для селекционных подходов. Это можно использовать для создания сортов, более устойчивых к тепловому стрессу, что обеспечит более стабильные урожаи в случае будущих волн жары.