Кутикула растений — первый барьер защиты от ультрафиолета

Учёные из Института средиземноморской субтропической агрономии (IHSM La Mayora) — совместного центра Университета Малаги (UMA) и Высшего совета по научным исследованиям Испании (CSIC) — идентифицировали кутикулу как первый защитный барьер растений от ультрафиолетового (УФ) излучения, в частности, от УФ-B (280–310 нм). Несмотря на то что УФ-B составляет всего 2% от падающего солнечного света, он потенциально вреден для растений, способен повреждать ткани и даже изменять генетический материал.

Результаты исследования, сочетающего методы биологии растений, молекулярной спектроскопии и квантовой химии, опубликованы в журнале Nature Communications.

Механизм защиты

Ранее считалось, что листья и плоды защищаются от УФ-излучения с помощью фенольных соединений, присутствующих в различных органах и внутренних клеточных компартментах. Новое исследование показало, что защита уже на уровне кутикулы превышает 90% у большинства растений. Этот эффект обеспечивается её структурой и наличием определённых фенольных соединений — коричных кислот, которые в низких концентрациях присутствуют в кутикуле растений миллионы лет.

Ультрабыстрый и циклический процесс

Описанный фотозащитный механизм является:

• Вращательным — происходит через двойную связь, которая ослабевает после поглощения УФ.
• Ультрабыстрым — занимает всего одну миллионную долю секунды.
• Циклическим — позволяет молекуле возвращаться в исходное состояние для повторения процесса, обеспечивая постоянную защиту.

«Коричные кислоты в кутикуле имеют ароматическую молекулярную структуру, сопряжённую с двойной связью, которая поглощает излучение, особенно спектра УФ-B. Молекула поглощает энергию и мгновенно вращается», — объясняет Ева Домингес, учёный CSIC.

Поглощённое излучение преобразуется в энергию, которая рассеивается, после чего молекула возвращается к исходной структуре, чтобы начать процесс заново.

Этот механизм ранее не был доказан в биологических системах. Открытие открывает путь к новым исследованиям других потенциальных свойств кутикулы, например, светоиндуцированной электропроводности. В работе учёные проанализировали кутикулу более чем десятка видов растений из очень разных семейств.