Във фантастичния свят, създаден от Дж. Р. Р. Толкин, съществуват гигантски растителноподобни същества, наречени Енти. Въпреки че изглеждат като обикновени дървета, те могат да ходят и да се движат по желание. Ентите могат да се дистанцират от опасността и да се придвижват към благоприятни условия, но растенията в реалния свят могат да правят същото.
Вкоренени на едно и също място през целия си живот, растенията се нуждаят от адаптации, които им помагат да реагират на промените на околната среда като влажност, светлина и температура. Растенията "усещат" тези параметри, за да определят времето на деня, промяната в сезоните и наличието на потенциални стресови фактори. Всъщност, умерено повишаване на температурата на околната среда може драстично да промени растежа, метаболизма и имунитета на растенията.
Усещането за промени в температурата е от съществено значение за оцеляването на растенията. Но как го правят?
През последното десетилетие учените са идентифицирали няколко температурни сензора, които регулират растежа на растенията, някои от които също така откриват светлина. Много от експериментите, целящи да разберат функцията на тези сензори, са проведени на тъмно, което оставя измерването на дневната температура сравнително неизследвано.
Сега, в скорошно проучване, публикувано в Nature Communications, изследователи от Калифорнийския университет в Ривърсайд, ръководени от биолога Мън Чън (Meng Chen), откриват съвсем нова роля на захарта в измерването на дневната температура.
Изследователите показват, че при високи температури захарта действа като термостат, който преодолява спирачките за растеж на растенията, като по този начин позволява удължаване на стъблото, реагиращо на топлина. Тези открития биха могли да проправят път за отглеждане на устойчиви на климата култури в условията на глобално затопляне.
Сензорът за температура е един от последните отворени въпроси в биологията, на който отговаря новото проучване.
Един от ключовите термични сензори в растенията е светлочувствителният протеин фитохром B (phyB). Когато се активира от светлина, phyB инхибира експресията (потиска производството) на фитохром взаимодействащ фактор 4 (PIF4), протеин, който стимулира растежа и развитието на растенията. Високите температури инактивират phyB, като по този начин позволяват натрупването на PIF4 и удължаването на стъблата на растенията. Това обаче е било изследвано само в условия на тъмнина.
Чън и екипът му искат да разберат как phyB влияе върху растежа на растенията през деня, когато ярката светлина активира протеина постоянно. Те отглеждат семена от Arabidopsis thaliana при хладни и топли температури с различен интензитет на светлината и измерват доколко се удължават стъблата на разсада. Топлите температури инактивират phyB, за да индуцират растеж на стъблата само при слаба светлина. При висок интензитет на светлината, когато phyB престава да функционира като термичен сензор, стъблата все още нарастват значително и повече, отколкото при слаба светлина. Наблюдавайки това, Чън предполага, че трябва да има други сензори, които сигнализират за топлина и улесняват растежа на растенията.
Разгледани са много кандидати за неоткритите температурни сензори. За да ги разредят, екипът отглежда мутантна A. thaliana с постоянно активни phyB протеини на тъмно и светло, при хладни и топли условия. Това позволява на екипа да определи функционалните граници на новия сензор. За тяхна изненада, мутантите, отглеждани на тъмно, не показват никакъв растежен отговор на нито една от температурите, докато тези, отглеждани на светлина, показват. Това предполага връзка с процеса на фотосинтеза.
Чън и неговата група култивират мутантни разсад на тъмно със захароза, мобилният захарен продукт на фотосинтезата, който възстановява растежа на стъблата до нормални нива при висока температура. Всъщност, отглеждането на растения с дефицит на хлоропласти - клетъчните органели, отговорни за фотосинтетичното производство на захар - с добавена захароза довежда до същите резултати. Това означава, че високите температури са мобилизирали захарта от друг източник.
Чън предполага, че по-топлите условия биха могли да разрушат енергийните запаси на растението – нишесте – и да освободят захароза. Когато изследователите се опитват да отгледат сорт A. thaliana, който не е способен да разгражда нишестето, не се наблюдавало растеж в отговор на високите температури. Добавянето на захароза към средата на тези растения възстановява нормалното удължаване на стъблото.
Но как точно захарозата стимулира растежа на растенията? Ученият отбелязва, че при мутанти с нефункционален phyB, PIF4 се натрупва до високи нива и стъблата се удължават практически независимо от температурата или наличието на захароза. Това показва, че при здрави растения захарозата инхибира phyB при високи температури и ярка светлина.
Но Чън и екипът му все още били озадачени от едно нещо. Дори и да са снабдявали растенията с високи нива на захароза, което е индуцирало натрупването на PIF4, те все пак са били необходими за осигуряване на високи температури, за да видят растежа.
Има ли друг термичен сензор, който да потиска активността на PIF4 при хладни условия?
Само един кандидат отговарял на профила: early flowering 3 (ELF3). Този протеин е част от по-голям транскрипционен репресор, който намалява транскрипцията на PIF4 и инхибира активността на протеина.4 Когато екипът отглежда мутанти на A. thaliana, на които липсвал функционален ELF3, добавянето на захароза към растежната среда е било достатъчно, за да индуцира растежа на стъблото дори при ниски температури. Така високите температури не само мобилизират захарозата, но и потискат инхибиторната активност на ELF3, позволявайки необвързано производство и функция на PIF4.
Това е като програма за двуетапна проверка, която позволява на растенията да усещат температурата на множество етапи. Чън смята, че това прави процеса по-прецизен.
"Ако растенията имат само един механизъм, всеки път, когато произвеждат захароза, това ще кара стъблото да расте. Но те може би не искат това да се случи", посочва Чън. "Това също така позволява на всеки механизъм да работи независимо за някои други функции, без да задейства растежа."
Чън сега има намерение да открие молекулярните фактори, които задействат разграждането на нишестето при високи температури. Освен това, той смята, че взаимодействието между хлоропласта и ядрото прави температурното усещане при растенията чудесен модел за изучаване на това как органелите комуникират, за да предизвикат координиран клетъчен отговор.
Справка:
- Delker C, et al. Recent advances in understanding thermomorphogenesis signaling. Curr Opin Plant Biol. 2022;68:102231.
- Fan D, et al. A multisensor high-temperature signaling framework for triggering daytime thermomorphogenesis in Arabidopsis. Nat Commun. 2025;16(1):5197.
- Legris M, et al. Phytochrome B integrates light and temperature signals in Arabidopsis. Science. 2016;354(6314):897-900.
- Jung JH, et al. A prion-like domain in ELF3 functions as a thermosensor in Arabidopsis. Nature. 2020;585(7824):256-260.
Източник:
How Do Plants Know It’s Getting Hot?, Sahana Sitaraman, Тhe scientist
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари
Прост Човек
Последната теорема на Стивън Хокинг преобръща времето и причинността
Прост Човек
Разрязването на фотон на две създава безкраен рояк от частици
zlatkov
Учени сканират 74 милиона радиосигнала от междузвезден обект за признаци на извънземни технологии
Джендо Джедев
За срещата на Земята с Халеевата комета през 1910 г. някои са пили "противокометни хапчета"