Учёные обнаружили молекулярный переключатель, защищающий растения от заморозков
Внезапные похолодания угрожают выживанию растений, особенно на ранних стадиях роста. Как растения быстро обнаруживают низкую температуру, чтобы запустить жизненно важные изменения? Исследователи из Национального университета Чоннам обнаружили скрытый молекулярный «выключатель», который быстро перепрограммирует развитие корней для устойчивости к холоду.
Исследование, опубликованное в Journal of Integrative Plant Biology, возглавил профессор Чонмук Ким. Команда обнаружила, что холодовой стресс запускает быстрое разрушение белков auxin/indole acetic acid (Aux/IAA), которые в норме подавляют активацию генов, связанных с ростом.
После деградации этих репрессоров высвобождаются ключевые регуляторы ARF7 и ARF19, которые активируют cytokinin response factor 3 (CRF3). Этот главный регулятор изменяет архитектуру корневой системы для адаптации к холоду.
«Холодовой стресс не просто замедляет рост растения — он активно перестраивает гормональную сигнализацию, чтобы адаптировать развитие корней», — говорит профессор Ким.
Исследование также показало, что холод активирует цитокининовую сигнализацию для индукции CRF2, который работает вместе с CRF3. Эти два гена действуют как интеграторы, объединяя внешние сигналы с внутренними гормональными путями для тонкой настройки инициации боковых корней при стрессе. Это также установило, что пути ауксина и цитокинина сходятся на CRF, формируя единый модуль ответа на холод.
«Растения выживают, потому что интегрируют внешний стресс с внутренними программами развития. Мы определили один из ключевых переключателей, обеспечивающих эту интеграцию», — добавил профессор Ким.
Эти открытия открывают возможности для защиты сельскохозяйственных культур от климатической нестабильности. Усиление сигналинга CRF2/CRF3 или стабилизация активности ARF через направленную деградацию Aux/IAA может помочь в создании культур, сохраняющих стабильный рост корней в холодной почве.
Такие сорта улучшат укоренение на ранних стадиях, повысят эффективность поглощения питательных веществ и поддержат устойчивое сельское хозяйство с уменьшенным использованием удобрений. Также существует потенциал для разработки синтетических молекул или биостимуляторов для защиты всходов во время неожиданных заморозков.
В ближайшее десятилетие это открытие молекулярного пути может помочь в выращивании культур в более суровом климате и послужить основой для прецизионной селекции и CRISPR-инженерии климатически устойчивых растений.