Растения могут измерять интенсивность солевого стресса

Высокое содержание соли (NaCl) в почве — серьёзный стрессор, тормозящий рост растений. Салинизация — большая проблема для сельского хозяйства в засушливых регионах. Биологи из Мюнстерского университета впервые обнаружили, что солевой стресс запускает кальциевые сигналы в особой группе клеток корней растений, формируя "натрий-чувствительную нишу". Также они идентифицировали кальций-связывающий белок (CBL8), который способствует солеустойчивости именно в условиях сильного стресса. Результаты опубликованы в Developmental Cell.

Обнаружение "натрий-чувствительной ниши"

Исследователи использовали модель Arabidopsis thaliana (резуховидка Таля). Оказалось, что при стрессе всей корневой системы кальциевый сигнал возникает только в специфической группе из нескольких сотен клеток в зоне дифференцировки корня (при том, что в корне тысячи клеток). Эту область назвали "натрий-чувствительной нишей".

• Сигнал в этих клетках олиго-клеточный.
• Чем выше уровень солевого стресса, тем сильнее кальциевый сигнал — растение количественно оценивает интенсивность стресса.

Роль кальций-связывающих белков CBL

Расшифровкой кальциевых сигналов у растений занимаются белки CBL (calcineurin B-like). Известно, что белок CBL4 важен для солеустойчивости. Новое исследование показало, что мутанты по белку CBL8 также имеют сниженную толерантность к соли, но только при сильном стрессе.

• CBL4 активен уже при низких концентрациях кальция.
• CBL8 активируется только при высокой концентрации кальция (при сильном стрессе) и помогает выкачивать соль из растения. Это своего рода переключательный механизм, управляемый концентрацией кальция.

Эволюционный аспект и перспективы

• Однодольные растения (злаки: кукуруза, пшеница, ячмень) имеют только белок CBL4 и лишены этого переключательного механизма для сильного стресса.
• У двудольных (табак, томаты) в ходе эволюции произошла дупликация гена, и из неё развился CBL8, что дало им преимущество в адаптации.

Вывод: Введение гена CBL8 в однодольные культуры может стать перспективным подходом для селекции растений, лучше адаптированных к засолению и засухе.

Методология: Открытие стало возможным благодаря высокоразрешающей микроскопии с использованием молекулярных кальциевых биосенсоров in vivo, которые визуализируют изменения концентрации биоактивных веществ в клетках. Эти методы сочетались с генетическими, клеточно-биологическими и биохимическими подходами.