Механизмы старения растений
Европейские исследователи изучили молекулярные механизмы, лежащие в основе стрессовых реакций, вызывающих старение и гибель растений. Цель — создание устойчивых сортов сельскохозяйственных культур.
В отличие от животных, растения не могут избежать стресса и выработали реакции для защиты от факторов, вредных для роста и выживания: условий среды и патогенов. Часто эта коммуникация происходит через выработку активных форм кислорода (АФК) — побочных продуктов аэробного метаболизма.
Низкие уровни АФК опосредуют реакции на стресс, а высокие концентрации могут привести к запрограммированной гибели клеток. АФК также играют ключевую роль в ряде процессов развития, включая рост корневых волосков и прорастание семян.
Учёные проекта Plantaging стремились определить роль АФК в старении растений и расширить знания о генетических детерминантах этого процесса. Это было совместное исследование научных групп из Болгарии и Новой Зеландии.
Биологическое старение растений
Предыдущие исследования выявили гены, ускоряющие старение (сенесценцию), и гены, которые её задерживают и продлевают жизнь. Однако мало известно о том, как эти гены взаимодействуют и реагируют на конкретные сигналы среды и развития. Кроме того, стадия развития растения влияет на его способность противостоять неблагоприятным условиям или инициировать старение.
Исследователи использовали мутанты Arabidopsis thaliana с увеличенной или сокращённой продолжительностью жизни, а также растения с экстремальной толерантностью к абиотическому стрессу. К факторам такого стресса относятся экстремальные температуры, засоление, дефицит воды и загрязнители, включая гербициды.
Команда провела полногеномные исследования (транскриптомику и метаболомику), чтобы изучить изменения в экспрессии генов и уровнях метаболитов на разных стадиях развития и при стрессе. Также изучалась реакция ROS-респонсивных генов на окислительный стресс. «Мы исходили из предположения, что сверхэкспрессия негативного регулятора старения задержит сенесценцию, а репрессия такого гена — ускорит её», — объясняет координатор проекта д-р Гечев. — «Обратное произойдёт, если ген позитивно регулирует старение: его сверхэкспрессия ускорит биологическое старение».
Новые молекулярные ключи к продолжительности жизни растений
Молекулярный, протеомный и метаболомный профилинг дали важное представление о том, как гены, связанные со старением, регулируют продолжительность жизни. Генетическое сравнение растений, толерантных к абиотическому стрессу, с другими стресс-толерантными растениями также дало значимую информацию о механизме стрессового ответа.
Консорциум идентифицировал ключевые гены, метаболиты и классы липидов, которые сильно регулируются во время длительного затемнения у цветкового растения Haberlea rhodopensis. Кроме того, была секвенирована геномная последовательность УФ-толерантного растения Pachycladon cheesemanii и охарактеризованы его физиологические и молекулярные ответы на высокие дозы УФ-излучения.
Старение растений представляет значительный интерес для сельского хозяйства, поскольку его регуляция может существенно повлиять на устойчивость культур к неблагоприятным условиям и повысить урожайность. Результаты проекта успешно выявили новые элементы ROS-регуляторного пути, модулирующего старение у Arabidopsis thaliana.
Хотя пока рано предсказывать влияние на сельское хозяйство, д-р Гечев полагает: «Углублённые знания о механизмах регуляции старения и сенесценции растений помогут создать более устойчивые культуры и овощи с увеличенным сроком хранения».