Как растения запоминают стрессы

Как и все живые существа, растения время от времени переживают разные стрессовые обстоятельства, например, слишком высокую или слишком низкую температуру, нехватку воды и т. д. И, как у всех живых существ, у растений есть механизмы, которые помогают справиться со стрессами.

Один такой механизм связан с гормоном абсцизовой кислотой. Она особенно важна для поддержания водного баланса при засухе; при недостатке влаги уровень абсцизовой кислоты резко увеличивается, и она довольно быстро заставляет закрыться устьица растений – особые поры на листьях, через которые происходит газообмен и испаряется вода. Кроме того, абсцизовая кислота заставляет корни активнее всасывать воду.

Другая антистрессовая система включает в себя так называемые шапероны, или белки теплового шока. При повышении температуры у многих белковых молекул нарушается пространственная структура и они начинают плохо работать. Белки теплового шока (которые вообще чрезвычайно распространены в живой природе) как раз помогают другим белкам не терять рабочую форму при слишком высокой температуре.

Однако в антистрессовых механизмах важна не только реакция на текущий стресс, но и возможность запомнить, что с тобой происходило, чтобы в будущем в похожей ситуации быстрее среагировать.

Сотрудники Федерального научного центра биоразнообразия наземной биоты Восточной Азии Дальневосточного отделения РАН, Национального университета Тайваня и Тайнаньского национального университета в статье в Trends in Plant Science описывают молекулярные связи, которые координируют два антристрессовых механизма и помогают запомнить антистрессовую инструкцию на будущее. Ранее исследователи получили карту белок-белковых взаимодействия в растениях арабидопсиса. Анализируя, какие белки взаимодействуют друг с другом, можно понять, как координируются те или иные процессы в живом организме. Оказалось, что белки, обслуживающие систему абсцизовой кислоты, связаны с белками теплового шока через белки SWI/SNF. Эти SWI/SNF управляют упаковкой ДНК, а от упаковки ДНК, как известно, зависит активность генов: те гены, которые находятся в плотноупакованных участках ДНК, будут менее активны, те, которые находятся в слабоупакованных участках – более.

Когда анстистрессовые системы активируются, они взаимодействуют с SWI/SNF так, чтобы в упаковке ДНК сохранилась печать стресса, и в следующий раз реакция на стресс будет более эффективной. При этом как именно формируется такая память о стрессе, зависит от конкретных условий. Например, у китайских и индийских подвидов риса механизм отличается по степени проявления, так как для обоих подвидов привычны разные температуры.

С практической точки зрения новые результаты важны для сельского хозяйства. Попав в экстремальные условия и пока ещё к ним не приспособившись, растения хуже растут, у них уменьшается урожайность, так что порой до половины урожая может быть потеряно из-за неэффективной работы антистрессовых механизмов. С помощью биоинженерных методов сельскохозяйственным культурам можно улучшить память на стресс, чтобы их продуктивность всегда оставалась на высоте.