Учёные открыли новый механизм защиты растений от замерзания
Исследователи из Университета штата Мичиган раскрыли механизм, объясняющий, как растения защищаются от низких температур. Это открытие может помочь в изучении устойчивости растений к засухе и другим экстремальным условиям.
Связь двух классических проблем
«Это объединяет две классические проблемы в биологии растений», — пояснил профессор биохимии Кристоф Беннинг. Первая — защита от замерзания, которая, как давно предполагали учёные, связана с клеточными мембранами, но механизм был неизвестен. Вторая — поиск гена, отвечающего за ключевой фермент метаболизма липидов в хлоропластах.
Роль липида в защите мембран
В статье, опубликованной в журнале Science, Беннинг и его коллеги (Эрик Меллеринг и Багьялакшми Мутан) описали, как определённый ген приводит к образованию липида, защищающего мембраны хлоропластов и клеток Arabidopsis thaliana (резуховидки Таля) от повреждений при замерзании. Работая над диссертацией, Меллеринг идентифицировал мутантный штамм Arabidopsis, неспособный производить этот липид, и связал этот биохимический дефект с данными о роли гена в устойчивости к замерзанию.
Механизм защиты
Одно из основных повреждений при замерзании — обезвоживание клеток, когда вода кристаллизуется и мембраны сжимаются. Исследователи обнаружили, что у устойчивых растений липиды мембран удаляются и преобразуются в масло, которое накапливается в каплях. Это сохраняет целостность мембран, предотвращает их слияние и запасает энергию.
Значение открытия
«Мы только начинаем понимать механизмы, позволяющие одним растениям выживать, а другим — нет», — отметил Эрик Меллеринг. Он подчеркнул, что не существует единого механизма устойчивости к замерзанию, поэтому прямое применение открытия для создания морозоустойчивых цитрусовых в ближайшее время маловероятно. Однако оно углубляет понимание того, как растения переживают температурные крайности.
Исследование также позволяет предположить, что само замерзание может напрямую запускать изменение состава мембран белками клетки, без необходимости постепенной акклиматизации. Это открывает новые пути для изучения устойчивости растений к холоду, засолению и засухе.
«Мы дали исследователям новую идею о том, как можно подойти к этой проблеме с механистической точки зрения», — заключил Кристоф Беннинг.
Исследование финансировалось Управлением фундаментальных энергетических наук Министерства энергетики США и Сельскохозяйственной опытной станцией Мичигана.