Жара действует на растения словно тень

Ученым из Оксфордского (University of Oxford) и Лестерского (University of Leicester) университетов под руководством доктора Керри Франклин (Kerry Franklin) удалось понять, как растения улавливают изменения температуры воздуха. Биологи обнаружили в модельном растении -- резуховидке Таля (Arabidopsis thaliana) белок, ответственный за температурную регуляцию роста.

Аномальное вытягивание

Для любого вида растений существуют оптимальные значения температуры воздуха, когда все физиологические процессы -- дыхание, фотосинтез и рост протекают особенно успешно. Малейшее отклонение от оптимальных значений вызывает у растения дискомфорт и ответную реакцию.

Как показали исследования доктора Франклин, увеличение температуры воздуха с 22°С (это оптимальное значение для резуховидки Таля) до 28°С вызывало аномалию ростовых процессов опытных растений. За три дня инкубации при повышенной температуре они сильно вытягивались вверх. Такое вытягивание происходило за счет быстрого роста стебля и черешков листьев. При этом сами листья вытягивались и изгибались кверху. Этот так называемый процесс движения растений называется гипонастией.

Очевидно, что такое вытягивание можно считать патологией, ведь при удлинении стебля, листьев и черешков снижается общая величина растительной биомассы. Ученые обратили внимание на то, что сходные процессы происходят, когда растения растут в тени и им не хватает света. Как оказалось, реакция на затенение и увеличение температуры воздуха сходная.

Центр удлинения

При повышении температуры воздуха запускалась целая цепочка сигнальных реакций. Ключевую роль в ней играл фитохромвзаимодействующий фактор. Ученые назвали его белок PIF 4. Он передавал сигнал, активирующий ген IAA29, ответственный за синтез гормона роста растений -- ауксина. Но ауксин поставлялся не во все части растения, а избирательно -- только в ростовые зоны стебля и черешков. Поэтому они и удлинялись.

Устойчивые мутанты

Чтобы подтвердить свой вывод о ключевой роли PIF 4, доктор Франклин создала и вырастила мутанты резуховидки Таля. Внешне это были точно такие же растения. Правда, ответственные за выработку белка PIF 4 гены в них не работали. При повышении температуры мутанты, лишенные координационного центра, развивались и росли совершенно как при оптимальной температуре. У них не наблюдалось никаких патологий -- ни удлинения стебля и черешков, ни гипонастии листьев, а происходило постепенное накопление фитомассы.

По мнению доктора Франклин, результаты, которые им удалось получить, незаменимы в селекции новых видов растений, устойчивых к высоким температурам. И это должны быть растения, не содержащие белок PIF 4.

Другой важный аспект, по словам доктора Франклин: «...обнаруженный механизм позволит понять, как же растения на молекулярном уровне реагируют на глобальное потепление климата». Правда, глобальные выводы пока делать рано, нужны дальнейшие исследования реакций множества видов растений на повышение температуры.

О результатах работы биологов можно прочитать в апрельском номере Current Biology.