Обнаружен кислотный сенсор в растениях
Из-за изменения климата в Северной Европе и других регионах мира учащаются наводнения и переувлажнение почвы, что вредит растениям: отмирают листья, гниют корни.
Причина повреждений — недостаток кислорода и накопление кислот. Исследователи из Вюрцбурга, Йены (Германия) и Тальки (Чили) выяснили, как растения воспринимают это закисление и реагируют на него. Результаты опубликованы в журнале Current Biology.
Анионный канал распознает закисление
При недостатке кислорода в клетках растений, как и в человеческих мышцах при перенапряжении, возникает ацидоз (закисление). Учёные обнаружили у модельного растения Arabidopsis thaliana (резуховидка Таля) сенсор, который воспринимает это закисление и преобразует его в электрический сигнал. Им оказался белок в клеточной мембране — анионный канал SLAH3.
Метод сверхвысокого разрешения прояснил структуру
С помощью разработанной в JMU методики микроскопии сверхвысокого разрешения команда выяснила механизм работы канала SLAH3 при закислении.
В неактивном состоянии канал существует в клеточной мембране как комплекс из двух субъединиц. При недостатке кислорода кислотность (содержание протонов H+) в клетке повышается, и протоны связываются с двумя специфическими аминокислотами канала.
«Эта протонация меняет структуру SLAH3, и канал распадается на две субъединицы», — объясняет эксперт по анионным каналам Тобиас Майерхофер. В виде одиночных копий эти субъединицы становятся проводящими для анионов, что вызывает электрическое возбуждение клеточной мембраны.
Мутанты слабее реагируют на затопление
Электрический сигнал, в свою очередь, запускает дальнейшие реакции в растении, в частности, снижает фотосинтез. Учёные полагают, что это адаптация к стрессу от затопления: растения переходят в своеобразное состояние покоя.
Исследователи также изучили реакцию на затопление мутантов Arabidopsis, лишённых канала SLAH3. Эти растения не пытались снизить фотосинтетическую активность, даже несмотря на то, что в мутной паводковой воде фотосинтез практически невозможен из-за нехватки света.
Перспективы исследований
Анионный канал SLAH3 функционирует как pH-сенсор, напрямую преобразуя закисление клетки в электрический сигнал.
В дальнейшем учёные планируют изучить, как этот сигнал передаётся по растению и трансформируется в реакцию избегания стресса. Для этого есть необходимые инструменты, например, pH-нечувствительные мутанты. Это позволит детально изучить генетическую перестройку физиологии растений во время затопления.
«Полученные знания могут быть значимы для сельскохозяйственной практики. Мы можем целенаправленно подойти к выведению культур, более устойчивых к переувлажнению», — отмечает Тобиас Майерхофер.