Как растения научились быстро адаптироваться к яркому свету

Ученые выявили роль хлоропластов в адаптации растений к яркому свету. Открытие особенно актуально в условиях изменения климата, когда растения все чаще страдают от избытка солнечного излучения.

Растения адаптируются к яркому свету за считаные минуты, напрямую регулируя синтез белков, минуя медленный путь активации генов

Источник: Unsplash

Растения не ждут часами, чтобы отреагировать на яркий солнечный свет — они делают это за считаные минуты. Исследователи из Билефельдского университета (ФРГ) и Австралийского национального университета обнаружили новый сигнальный путь, который позволяет растениям напрямую регулировать выработку белков, минуя медленный путь активации генов в ядре. Открытие может помочь в создании культур, устойчивых к изменению климата.

До сих пор считалось, что хлоропласты — органеллы, отвечающие за фотосинтез — при стрессе посылают сигналы в ядро, где активируются гены, запускающие защитные программы. Этот процесс занимает время: сначала должны быть синтезированы новые молекулы-мессенджеры. Но растения нашли более быстрый путь.

Они напрямую вмешиваются в синтез белков. Белки образуются, когда рибосомы считывают матричную РНК (мРНК) и транслируют ее в аминокислотную цепь. При ярком освещении растения перепрограммируют этот процесс — и уже через 10 минут меняется характер трансляции мРНК. В частности, начинает синтезироваться больше белков, необходимых для фотосинтеза в хлоропластах, что защищает растение от фотоингибирования — повреждения фотосистемы избытком света.

Ключевую роль играет фермент GAPDH, который связывается с короткими элементами последовательности в мРНК и действует как переключатель. В зависимости от интенсивности света он либо активирует, либо подавляет синтез белков

Источник: Freepik

Ключевым элементом этого механизма оказался фермент GAPDH, который обычно участвует в метаболизме сахара. Короткие элементы последовательности в начале мРНК служат для него стыковочными сайтами. В зависимости от интенсивности света GAPDH связывается с мРНК или отсоединяется от нее, действуя как переключатель, повышающий или понижающий выработку белка.

Исследователи продемонстрировали этот механизм как на модельном растении Arabidopsis (вид рода Резуховидка), так и на виде проса Setaria viridis (Щетинник зеленый), что позволяет предположить, что он широко распространен среди многих видов растений.

В условиях изменения климата, когда растения все чаще подвергаются воздействию интенсивного солнечного света, жары и засухи, открытие приобретает особую значимость. Понимание механизма быстрой адаптации может помочь в выведении сортов сельскохозяйственных культур, которые будут давать более стабильный урожай — без фундаментальных изменений генетической структуры, а за счет целенаправленного использования природных регуляторных элементов.

Читайте также на Mail Наука, как ДНК-анализ помог отобрать лучшие сорта гортензий для озеленения юга.