Вчені встановили механізм, що змінює ріст рослин в умовах холодового стресу

Сьогодні, 19:10

Фото: SuperAgronom.com

Вчені Національного університету Чоннам виявили молекулярний перемикач, який захищає врожаї від морозу. Нові відкриття розкривають швидке молекулярне перемикання, яке змінює ріст рослин в умовах холодового стресу, відкриваючи шляхи для кліматично стійких культур.

Про це повідомляє Chonnam National University.

Дослідницька група з Кореї виявила, як рослини швидко активують прихований генетичний «перемикач», що допомагає їм виживати в холодному середовищі. Вони демонструють, що низькі температури викликають перепрограмування сигнального шляху гормонів, запускаючи руйнування репресорів ауксину/індолуксусної кислоти, вивільняючи ARF7 та ARF19 для активації головного гена CRF3, допомагаючи рослинам пережити холод. Це пропонує новий шлях до селекції культур, які залишаються продуктивними навіть за непередбачуваних кліматичних умов.

Раптові похолодання можуть загрожувати виживанню рослин, особливо на ранніх фазах росту. Але як рослини виявляють низькі температури достатньо швидко, щоб ініціювати зміни, що рятують життя? Дослідники з Національного університету Чоннам виявили прихований молекулярний «вимикач», який швидко перепрограмує розвиток коренів, щоб витримувати несприятливі холодні умови.

Команда виявила, що холодовий стрес запускає швидку деградацію білків ауксину/індолуксусної кислоти (Aux/IAA), які зазвичай пригнічують активацію генів, пов'язаних з ростом. Після руйнування цих репресорів вивільняються ключові регулятори ARF7 та ARF19, що дозволяє їм активувати фактор відповіді на цитокінін 3 (CRF3) — головний регулятор, який змінює архітектуру кореня, щоб впоратися з холодними умовами.

«Холодовий стрес не просто уповільнює ріст рослин — він активно перепрограмовує гормональну сигналізацію для адаптації розвитку кореня», — кажуть дослідники.

Дослідження також показує, що холодні умови активують сигналізацію цитокінінів, щоб індукувати CRF2, який працює разом з CRF3. Ці два гени діють як інтегратори, поєднуючи сигнали навколишнього середовища з внутрішніми гормональними сигналами для точного налаштування ініціації бічних коренів під стресом. Це також встановило, що шляхи ауксину та цитокініну сходяться в CRF, утворюючи єдиний модуль реакції на холод.

«Рослини виживають, тому що вони інтегрують зовнішній стрес із внутрішніми програмами розвитку. Ми визначили один з ключових перемикачів, що забезпечують цю інтеграцію», — заявили науковці.

Ці результати підкреслюють можливості для захисту сільськогосподарських культур від зростання кліматичної нестабільності. Посилюючи сигналізацію CRF2/CRF3 або стабілізуючи активність ARF шляхом цілеспрямованої деградації Aux/IAA, вчені можуть розробити культури, які підтримують стабільний ріст коренів у холодних ґрунтах. Такі сорти покращать раннє приживлення, підвищать ефективність поглинання поживних речовин та підтримають стале сільське господарство зі зменшенням використання добрив. Дослідження також підкреслює потенціал для розробки синтетичних молекул або біостимуляторів, які могли б захистити розсаду під час неочікуваних періодів екстремальних холодів.

Протягом наступного десятиліття цей молекулярний шлях може допомогти вирощувати сільськогосподарські культури в суворіших кліматичних умовах та служити основою для точної селекції та інженерії кліматично стійких культур на основі CRISPR.