Новое исследование устьиц раскрывает механизмы реакции растений на жару и засуху

Международная исследовательская группа под руководством учёных из VIB-Университета Гента выяснила, как регулируется открытие и закрытие устьиц — крошечных пор на листьях — в ответ на высокие температуры и засуху. Эти новые данные, опубликованные в Nature Plants, открывают путь к созданию культур, устойчивых к изменению климата.

Профессор Ив Де Смет (VIB-Университет Гента) отметил: «Молекулярные данные, которые мы получаем, могут привести к решениям для повышения устойчивости растений. По сути, мы учимся у естественных механизмов, которые используют сами растения».

Конфликтующие реакции устьиц — «потовых желез» растений

Растения реагируют на изменение условий окружающей среды, в частности, открывая или закрывая устьица. Эти поры регулируют газообмен и испарение воды, служат точками входа для патогенов и играют ключевую роль в защите от абиотического стресса.

При высокой температуре устьица открываются для охлаждения. В сухих условиях они закрываются, чтобы предотвратить потерю воды. Таким образом, в условиях жары и засухи могут возникать конфликтующие и, следовательно, менее эффективные реакции устьиц.

Чётко регулируемая сигнальная ось

Доктор Сяньюй Сюй (VIB-Университет Гент), первый автор исследования, пояснил: «Открытие и закрытие устьиц — это быстрые реакции, требующие переключающих сигнальных механизмов. Мы знаем, что кодируемые фосфорилированием переключатели в белковых сетях обратимы и, как правило, быстрее генетических. Поэтому мы изучили роль опосредованных киназами каскадов фосфорилирования».

Исследователям удалось идентифицировать и охарактеризовать новую фосфорилирование-зависимую сигнальную ось, которая регулирует апертуру устьиц в условиях высокой температуры и/или засухи. Они показали, что киназа TOT3, ассоциированная с высокой температурой, контролирует открытие устьиц в жару, а киназа OST1, регулирующая закрытие устьиц при засухе, напрямую инактивирует TOT3 путём фосфорилирования.

Этот специфический фосфорилированием-опосредованный контроль активности TOT3 действует как переключатель для регулирования апертуры устьиц в условиях комбинированного стресса.

Доктор Лам Дай Ву (VIB-Университет Гент) добавил: «Понимание этих механизмов в контексте глобального изменения климата открывает потенциал для разработки сельскохозяйственных культур, устойчивых к климатическим вызовам».