Раскрытие секретов холодоустойчивости: молекулярный ответ томатов на охлаждение

Холодочувствительность — серьёзная проблема для некоторых важных сельскохозяйственных культур. Молекулярные механизмы, в частности роль семейства CRT-связывающих факторов (CBF), изучены не до конца.

В июле 2023 года журнал Horticulture Research опубликовал исследование "Холодовой стресс запускает органоспецифические транскрипционные каскады и ослабляет суточные колебания у томата".

Эксперимент и ключевые результаты:

• Исследователи подвергли 18-дневные сеянцы томата стрессу при 4°C в момент ZT2.5 (ZT — время начала светового периода) и проанализировали фенотип через 30 минут, 90 минут и 3 часа.
• Транскриптом стебля отбирали через 30 минут и 3 часа после обработки, корня — только через 3 часа.
• При низкой температуре происходит масштабная перестройка транскрипции как в побегах, так и в корнях.
• Экспрессия гена CCA₁ сильнее зависела от температуры, чем от света.
• Уровень мРНК генов, катализирующих биосинтез трегалозы, раффинозы и полиаминов, у обработанных холодом растений вырос в среднем в 10 раз, что указывает на накопление этих криопротекторов.

Анализ и выводы:

• Анализ обогащения путей KEGG показал, что холод индуцирует многие гены, вовлечённые в фотосинтез и гормональную сигнализацию.
• В побегах томата наиболее значительно страдает путь фотосинтеза. Эффективность работы фотосистемы II (PSII) сначала росла, но затем падала, несмотря на продолжающуюся активацию связанных генов. Значительная активация большинства генов фотосистемы не смогла компенсировать общую потерю эффективности фотосинтеза из-за холода.
• Холодовой стресс, вероятно, нарушает ритмическую регуляцию, ослабляя амплитуду колебаний генов циркадных часов.
• Используя мутант с нокаутом CBF₃, учёные выяснили, что этот фактор не обязателен для индукции некоторых генов биосинтеза криопротекторов у томата при холодовом стрессе.

Итог: Исследование даёт комплексное представление о сложной транскрипционной перестройке у сеянцев томата при холодовом стрессе, выявляя как уникальные черты томата, так и общие для растений механизмы. Взаимосвязь холодового ответа и циркадной регуляции подчёркивает многогранность реакции растений на стрессоры окружающей среды.