Как травы завоевали море

Около 140 миллионов лет назад некоторые наземные растения успешно адаптировались к жизни в море. Эти морские травы, которые сегодня насчитывают около 60 видов, являются важными членами прибрежных экосистем по всему миру и обеспечивают пищу и среду обитания для многочисленных морских организмов. Однако из-за интенсивного антропогенного использования побережий луга морских трав находятся под серьёзной угрозой.

Исследовательская группа под руководством профессора Биргит Классен из отдела фармацевтической биологии Кильского университета представила новые данные о механизмах адаптации морских трав к морской среде обитания в ходе эволюции. Учёные сосредоточились на составе клеточной стенки растения, которая, как щит от окружающей среды, играет центральную роль в адаптации к жизни в условиях высокой солёности.

Роль арабиногалактановых белков (AGPs)

На примере местной морской травы Zostera marina исследователи впервые показали, что в клеточной стенке морских трав присутствуют так называемые арабиногалактановые белки (AGPs). У цветковых наземных растений эти AGPs играют важную роль в адаптации к неблагоприятным условиям жизни.

Аналитические методы позволили охарактеризовать важные структурные блоки AGPs, включая структуру их сахарных цепей. Было показано, что эти углеводные структуры AGPs морских трав значительно отличаются от таковых у наземных растений. Несмотря на сходную базовую структуру, в сахарных цепях AGPs морских трав обнаружены очень сильные заряды.

Защитный механизм: связывание кальция

В структурном анализе AGPs учёные сосредоточились на высокозаряженных сахарных фракциях. Сильный заряд углеводных компонентов, вызванный высоким содержанием уроновых кислот в AGPs Zostera, обеспечивает сильное связывание ионов кальция.

Исследователи экспериментально доказали, что это связывание действительно происходит в AGPs морских трав. Высокая концентрация кальция вблизи плазматической мембраны обеспечивает прямую защиту от проникновения ионов натрия из окружающей солёной воды в клетку.

Аналитические результаты были дополнены биоинформатической классификацией белковых компонентов AGPs и идентификацией ответственных за биосинтез ферментов, проведённой австралийскими коллегами из Университета Ла Троб в Мельбурне.

Значение для науки и экологии

Обнаружение молекул AGPs в морских травах и выяснение роли их заряженных сахарных компонентов подтверждает гипотезу, что эти компоненты клеточной стенки в целом играют важную роль в реакции растений на солевой стресс.

Исследование даёт важные новые данные об эволюционных механизмах адаптации к морской среде обитания. Это также значимо в контексте антропогенного изменения климата, поскольку адаптация растений к солевому или засухоустойчивому стрессу является серьёзной проблемой в меняющемся мире.

Результаты работы были опубликованы в журнале Scientific Reports.