Сельскохозяйственные культуры часто сталкиваются с суровыми условиями окружающей среды. Вместо того, чтобы использовать энергию для роста, такие факторы, как болезни, экстремальные температуры и соленые почвы, вынуждают растения использовать ее для реагирования на возникающий стресс. Это явление называют «компромиссом между реакцией на рост и стресс».
Группа исследователей из Университета Нагои обнаружила ранее неизвестный путь, позволяющий регулировать, использует ли растение свои ресурсы для роста или для преодоления стресса, сообщает портал Phys.org. Это открытие может позволить контролировать реакцию на стресс в сельскохозяйственных условиях, повышая их урожайность. Ученые опубликовали свои результаты в журнале Science.
Исследовательская группа, возглавляемая профессором Есикацу Мацубаяси и доцентом Мари Охниши из Высшей школы естественных наук Университета Нагои в Японии, изучала роль гормонов и их рецепторов в реакции растений на стресс.
Они сосредоточились на трех рецепторах, для которых соответствующий гормон еще не был идентифицирован. Используя Arabidopsis thaliana, небольшое цветущее растение, они обнаружили семейство PSY, которое функционирует как гормон, связываясь с этими рецепторами и переключая стрессовую реакцию на рост и наоборот.
Обычно рецепторы и гормоны функционируют как замки и ключи, причем гормон (в данном случае пептидный PSY) действует как ключ, необходимый для запуска биологического процесса. Однако в этом исследовании растительные клетки, которые не вырабатывали PSY, тем не менее, имели активную реакцию на стресс. Следовательно, это говорит о том, что вместо активации реакции на стресс наличие PSY «ключа» в рецепторном «замке» удерживает его выключенным.
Чтобы проверить природу стрессовых реакций, исследователи выращивали растения в чрезвычайно стрессовых условиях, используя жару, соль, а также заражали их бактериями. Растения, которые либо испытывали дефицит рецепторов PSY, либо постоянно получали гормон PSY, не смогли адекватно реагировать на стресс, что привело к снижению выживаемости. Ученые пришли к выводу, что растения, подвергшиеся стрессу, перестают выделять PSY, отсутствие которого вызывает реакции на стресс.
Чтобы объяснить это явление, исследователи предложили механизм, при котором поврежденные клетки снижают концентрацию гормонов PSY в клеточных слоях рядом с поврежденными участками. Этот недостаток PSY вызывает реакцию на стресс. Важно отметить, что это может объяснить, почему даже поврежденные растения могут посылать сообщения.
Вместо того чтобы использовать свои ограниченные ресурсы для создания нового сигнала, поврежденная растительная клетка может вместо этого остановить высвобождение гормона PSY, активируя реакцию на стресс. Такой механизм позволил бы сбалансировать стрессоустойчивость с сопутствующими затратами энергии. В результате даже в самых стрессовых условиях окружающей среды растения все еще могут расти, управляя своими ограниченными ресурсами.
Большинство механизмов, обнаруженных у арабидопсиса, есть и у других растений. Поэтому данные результаты применимы ко всем культурам.
