Сахар как скрытый термостат растений

Новое исследование показывает, что днём растения используют сахар, производимый на свету, для определения температуры и принятия решения о росте. Это меняет устоявшееся представление о том, что растения чувствуют тепло в основном через специализированные белки, преимущественно ночью.

Исследование под руководством профессора клеточной биологии Калифорнийского университета в Риверсайде Менг Чена, опубликованное в Nature Communications, демонстрирует, что растения полагаются на несколько систем терморегуляции, и сахар играет в этом центральную, ранее непризнанную роль.

Открытие дневного сенсора

Учёные использовали растение Arabidopsis. Они подвергали проростки воздействию температур от 12 до 27 °C при разном освещении, отслеживая удлинение гипокотиля (стебля проростка) — классический индикатор реакции на тепло.

Белок фитохром B, считающийся термосенсором, мог обнаруживать тепло только при слабом свете. В ярких условиях, имитирующих полуденное солнце, эта его функция отключалась. Однако растения всё равно реагировали на тепло, что указывало на наличие других датчиков.

Роль сахара как сигнала

Ключевая подсказка пришла от мутантов фитохрома B, лишённых термочувствительности. Эти растения реагировали на тепло только при выращивании на свету. В темноте, без фотосинтеза, они не росли в ответ на тепло. Но когда в среду добавляли сахар, температурный ответ возвращался.

«Тогда мы поняли, что сахар — не просто топливо для роста. Он действовал как сигнал, говорящий растению, что тепло», — пояснил Чен.

Механизм работы

Эксперименты показали, что повышение температуры запускает расщепление крахмала в листьях с высвобождением сахарозы. Этот сахар, в свою очередь, стабилизирует белок PIF4 — главный регулятор роста. Без сахарозы PIF4 быстро разрушался. С ней белок накапливался, но становился активным только когда другой сенсор, ELF3, также реагировал на тепло, переставая его подавлять.

«PIF4 нужны две вещи: сахар, чтобы оставаться, и свобода от репрессии. Температура помогает обеспечить и то, и другое», — объяснил Чен.

Значение для сельского хозяйства

Это открытие меняет представление о термочувствительности растений. Днём, когда свет используется для фиксации CO₂ в сахар, растения также используют сахарный механизм для восприятия изменений среды.

Понимание того, как и когда растения чувствуют тепло, может помочь в выведении сельскохозяйственных культур, более устойчивых к температурным крайностям, вызванным изменением климата.

«Это меняет наше представление о термочувствительности растений. Речь идёт не только о включении или выключении белков. Речь идёт об энергии, свете и сахаре», — заключил Чен.