Растения могут почти мгновенно прекратить рост, чтобы пережить внезапный стресс
Растения не могут убежать от опасности. Когда солнечный свет внезапно становится слишком интенсивным, температура резко повышается или условия становятся неблагоприятными, им приходится выживать именно там, где они находятся.
Чтобы справиться с ситуацией, они полагаются на быстрые внутренние изменения. Одно из важнейших — способность замедлять рост практически мгновенно — не в течение часов или дней, а за считанные минуты. Такая быстрая реакция может означать разницу между выживанием после всплеска стресса и получением необратимых повреждений.
Теперь исследователи из Калифорнийского университета в Риверсайде (UCR) заявляют, что им удалось выяснить, как на самом деле происходит это резкое замедление. Полный текст исследования опубликован в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Их открытия не только раскрывают скрытую стратегию выживания внутри растительных клеток, но и помогают объяснить, почему некоторые попытки вывести сельскохозяйственные культуры с более высокими урожаями или лучшей устойчивостью к стрессам не увенчались успехом.
В исследовании основное внимание уделяется важнейшему метаболическому пути внутри растительных клеток – своего рода биохимическому конвейеру, производящему соединения, необходимые для роста, развития и выживания.
В нормальных условиях этот метаболический путь работает непрерывно, обеспечивая устойчивый рост. Если один из его ключевых ферментов полностью выходит из строя, растение не сможет выжить.
Однако в условиях стресса система ведет себя совершенно иначе. Вместо того чтобы ждать более медленных генетических изменений — таких как корректировка уровня РНК или производство новых белков — растения могут практически мгновенно замедлить этот процесс, изменив активность уже существующих ферментов.
«Такая реакция должна быть незамедлительной», — сказала профессор Кэти Дехеш из Калифорнийского университета в Риверсайде. «Изменение экспрессии генов требует времени, но модификация активности ферментов позволяет растению реагировать немедленно и выживать».
У многих организмов стандартная реакция на стресс заключается в корректировке уровня РНК, изменении производимых белков и постепенном переключении метаболизма. Такой подход хорошо работает, когда есть время.
Однако для растений внезапный световой или тепловой стресс может нанести вред в течение нескольких минут. Если листья будут продолжать работать на полную мощность во время стрессового вИсследователи отмечают, что аналогичные механизмы существуют и у бактерий, что позволяет предположить, что подобная стратегия «мгновенного торможения ферментов + более медленной адаптации» может быть более распространена в живых организмах, чем считалось ранее.
Это напоминание о том, что биология не всегда ждет, пока экспрессия генов догонит ситуацию – иногда она использует быстрые биохимические переключения, чтобы выжить в данный момент.
На практике полученные результаты могут помочь ученым в разработке сельскохозяйственных культур, которые лучше переносят засуху, жару, интенсивное освещение, засоление и другие экстремальные условия.
Главное не в том, чтобы «заставлять растения расти любой ценой». Важно более точно понимать компромисс между выживанием и ростом, чтобы можно было разумно его корректировать.
У растений уже есть встроенный механизм, позволяющий им приостанавливать свою активность при наступлении опасных условий. Теперь исследователи лучше понимают, как именно работает эта пауза.
Это первый шаг к тому, чтобы помочь сельскохозяйственным культурам быстрее восстанавливаться, терять меньше урожая и оставаться продуктивными в мире, где стресс становится нормой.