Вчені: Пшениця вміє адаптуватися до теплового стресу
Науковці СІФІБР СО РАН вивчили вплив високої температури на яру пшеницю. Зокрема, з'ясувалося, що в стійкості цієї рослини до теплового стресу важливу роль грає альтернативна оксидаза мітохондрій.
Результати дослідження опубліковані в журналі Journal of Plant Physiology.
Висока температура негативно впливає на розвиток рослин і знижує їх продуктивність. Чи буде культура стійка до стресу, визначається тим, наскільки її клітини забезпечені енергією.
«Саме від цього залежить відповідь на стресовий вплив. Якщо енергії досить, і вона витрачається в потрібному руслі, то рослина виживає, адаптується, якщо немає - в кінцевому підсумку гине», - розповідає старший науковий співробітник лабораторії фізіологічної генетики СІФІБР СО РАН кандидат біологічних наук Ольга Андріївна Боровик.
Основні процеси, які постачають і перетворюють енергію в клітинах рослин, - фотосинтез і дихання. В результаті фотосинтезу відбувається синтез цукрів, що використовуються для дихання, підтримання зростання і розвитку. Проте цей механізм виявляється надзвичайно чутливим до впливу високої температури.
«До високих температур дуже чутливі мембрани, в тому числі мембрани хлоропластів та мітохондрій. Відбуваються структурні зміни в клітині, інактивуються багато ферментів, посилюється дихання, відзначено зниження фотосинтезу, виснажується або обмежується пул доступних відновлювальних еквівалентів і цукрів, і рослина гине. Як зовні листя в'януть, так і на фізіолого-біохімічному рівні відбувається згасання багатьох процесів, - каже дослідниця. - Останнім часом активно вивчається взаємодія фотосинтезу і дихання. Передбачається, що в стресових умовах другий процес бере участь в підтримці першого. Важлива роль тут відводиться альтернативним ферментам дихання - тим, які виступають заміною основних, якщо відбувається обмеження їх функціонування. Один з таких ферментів - альтернативна оксидаза мітохондрій».
Науковці вивчили, як теплове загартування і тепловий стрес впливають на виживаність ярої пшениці, на синтез білків теплового шоку і зміст водорозчинних вуглеводів в листках, а також на функціонування ізольованих хлоропластів і мітохондрій. В першу чергу вчені підбирали такі умови теплового загартування, щоб рослина змогла витримувати тривалий вплив високих температур. Контейнери з проростками пшениці на 24 години поміщали в камеру при температурі 39° C. Потім їх піддавали дії 50° C протягом однієї і трьох годин. Після листя досліджували на вміст в них водорозчинних вуглеводів, білків теплового шоку, білка альтернативної оксидази. Вчені виділяли з листя мітохондрії, очищали їх від хлоропластів і визначали функціонування альтернативної оксидази.
Експерименти показали, що вклад альтернативної оксидази і вміст її білка збільшується при тепловому загартовуванні і підтримується на високому рівні при впливі теплового стресу.
«Ми продемонстрували, що цей фермент бере участь у розвитку термотолерантних рослин. Завдяки йому культура більш стійка до високих температур. Ми припустили, що альтернативна оксидаза бере участь в підтримці фотосинтезу і допомагає рослині адаптуватися до теплового стресу», - розповідає Ольга Боровик.
Також було показано, що функціонування альтернативної оксидази залежить від пулу водорозчинних вуглеводів.
«До цих пір у світовій літературі були суперечливі відомості з цього приводу. У нашому дослідженні ми побачили: коли цукрів багато, внесок цього ферменту в дихання збільшується», - зазначає дослідниця.
Однією з причин активації альтернативної оксидази може бути збільшення вмісту в хлоропластах і мітохондріях пероксиду водню, який виконує сигнальну функцію. У наступних експериментах учені перевірятимуть цю гіпотезу. У перспективі результати таких досліджень можна буде використовувати для створення сортів пшениці, найбільш стійких до впливу високих температур.
Також читайте: