Растения чувствуют тепло, особенно ночью

Понимание того, как растения реагируют на тепловой стресс, имеет решающее значение для выращивания сельскохозяйственных культур, которые могут выдерживать повышение средних температур и более частые волны тепла в условиях изменения климата. В результате многие люди работали в течение многих лет, пытаясь понять, как растения воспринимают температуру, а затем как растения используют эту информацию для активации химических путей, чтобы защитить себя, в том числе путем производства защитных белков теплового шока (HSP).

С 1939 года известно (Лауде и др.), Что реакция растений на тепловой стресс колеблется между днем ​​и ночью — если вы примените тепловой стресс к растению в середине дня, у него будет гораздо больше шансов выжить, чем если бы вы применил тот же тепловой стресс ночью. Ежедневный цикл термостойкости растений — это стратегия, которая защищает растения от самых жарких периодов дня, а также потенциально предотвращает потерю энергии на образование белков теплового шока в ночное время, когда холоднее.Дальнейшие исследования подтвердили, что у растений возникает термостойкость, когда они подвергаются воздействию света. Они теряют это свойство термостойкости в темноте и восстанавливают защиту только при повторном попадании света.

Однако передача сигналов, участвующих в сообщении растению, когда активировать гены для производства белков теплового шока, оставалась загадкой.Патрик Дикинсон, который присоединился к лаборатории Сейнсбери при Кембриджском университете в качестве аспиранта, хотел выяснить: «Меня очень интересовало, как растения реагируют на окружающую среду, и я был удивлен, что нужно было так много узнать о том, как растения чувствуют и реагируют на температуру.

Многое известно о том, как клетки растений и животных реагируют на экстремальный тепловой стресс, но мало что было известно об их реакции на внешнее тепло или о том, как они регулируют свою реакцию на тепло между днем ​​и ночью ».Индуцированная светом передача сигналов хлоропластов вызывает реакцию теплового стрессаДоктор Дикинсон, который в настоящее время является научным сотрудником Департамента наук о растениях Кембриджского университета, обнаружил, что ряд генов, которые, как известно, участвуют в образовании хлоропластов, также оказывают большое влияние на реакцию растений на высокие температуры. Сложив эти две части мозаики вместе — его открытие, что гены хлоропластов связаны с реакцией на тепловой стресс и что растения лучше реагируют на тепловой стресс в дневное время, — указывает на то, что хлоропласт участвует в защите растений от тепла.

Он обнаружил, что хлоропласт посылает сигнал в ответ на свет, который затем активирует экспрессию генов в ядре, чтобы сделать растение устойчивым к тепловому стрессу.Как хлоропласт и ядро ​​разговаривают друг с другом?Следуя этому открытию, необходимо ответить на следующий фундаментальный вопрос: как этот сигнал передается от хлоропласта к ядру, чтобы изменить экспрессию генов внутри клетки? Доктор Дикинсон говорит, что сигнальная молекула, передающая сигналы от хлоропласта к ядру, связана с фотосинтетической транспортной цепочкой электронов: «Первоначально из фотосинтетической цепи переноса электронов поступает какой-то сигнал, который передается ядру для активации гена. экспрессии, но что это за сигнал, пока неясно.

Это может быть перекись водорода, потому что было показано, что она перемещается из хлоропласта в ядро, чтобы инициировать передачу сигналов, но есть еще много чего, что необходимо изучить, чтобы подтвердить характер сигнализации ".Практическое применениеНаучный руководитель д-ра Дикинсона в лаборатории Сейнсбери, д-р Фил Вигге, говорит, что жизненно важно идентифицировать гены и генетические фоны, которые придают повышенную устойчивость к тепловому стрессу: зона комфорта с точки зрения температуры.

Фактически, по оценкам, для основных культур, таких как пшеница, рис и кукуруза, повышение температуры на каждый градус Цельсия выше нынешних может потенциально снизить урожайность на 3-7% из-за теплового стресса. Вклад, который мы пытаемся внести в лаборатории, — это понять молекулы и лежащие в их основе механизмы, которые контролируют то, как растение чувствует температуру, и гены, необходимые для адаптации растения к более высоким температурам. И мы надеемся, что тогда мы сможем использовать это информацию, чтобы обнаружить те же гены у сельскохозяйственных культур и посмотреть, можно ли использовать эти гены, чтобы сделать культурные растения более устойчивыми к тепловому стрессу ».


Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *