Новости

24 апреля, 2019 20:45

Сибирские ученые узнали, как пшеница адаптируется к тепловому стрессу

Сотрудники Сибирского института физиологии и биохимии растений СО РАН (Иркутск) изучили воздействие высокой температуры на яровую пшеницу. В частности, выяснилось, что в устойчивость этого растения к тепловому стрессу вовлечена альтернативная оксидаза митохондрий. Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of Plant Physiology.
Источник: Пресс-служба РНФ

Высокая температура негативно влияет на развитие растений и снижает их продуктивность. Будет ли культура устойчива к стрессу, определяется тем, насколько ее клетки обеспечены энергией. «Именно от этого зависит ответ на стрессовое воздействие. Если энергии достаточно, и она тратится в нужном русле, то растение выживает, адаптируется, если нет — в конечном итоге погибает», — рассказывает старший научный сотрудник лаборатории физиологической генетики СИФИБР СО РАН кандидат биологических наук Ольга Андреевна Боровик.

Основные процессы, поставляющие и преобразующие энергию в клетках растений, — фотосинтез и дыхание. В результате фотосинтеза происходит синтез сахаров, которые используются для дыхания, поддержания роста и развития. Однако этот механизм оказывается чрезвычайно восприимчивым к влиянию высоких температур.

«К высоким температурам очень чувствительны мембраны, в том числе мембраны хлоропластов и митохондрий. Происходят структурные изменения в клетке, инактивируются многие ферменты, усиливается дыхание, ингибируется фотосинтез, истощается или ограничивается пул доступных восстановительных эквивалентов и сахаров, и растение погибает. Как внешне листья увядают, так и на физиолого-биохимическом уровне происходит угасание многих процессов, — говорит исследовательница. — В последнее время активно изучается взаимодействие фотосинтеза и дыхания. Предполагается, что в стрессовых условиях второй процесс участвует в поддержании первого. Важная роль здесь отводится альтернативным ферментам дыхания — тем, которые выступают заменой основным, если происходит ограничение их функционирования. Один из таких ферментов — альтернативная оксидаза митохондрий».

Сотрудники СИФИБР СО РАН изучили, как тепловое закаливание и тепловой стресс влияют на выживаемость яровой пшеницы, на синтез белков теплового шока и содержание водорастворимых углеводов в листьях, а также на функционирование изолированных хлоропластов и митохондрий. Для исследования взяли распространенный в Сибири сорт «новосибирская-29». В первую очередь ученые подбирали такие условия теплового закаливания, чтобы растение смогло выдерживать длительное воздействие высоких температур. Контейнеры с проростками пшеницы на 24 часа помещали в камеру при температуре 39 °C. Затем их подвергали воздействию 50 °C в течение одного и трех часов. После листья исследовали на содержание в них водорастворимых углеводов, белков теплового шока, белка альтернативной оксидазы. Ученые выделяли из листьев митохондрии, очищали их от хлоропластов и определяли функционирование альтернативной оксидазы.


Фото предоставлено исследователями

Эксперименты показали, что вклад альтернативной оксидазы и содержание ее белка увеличивается при тепловом закаливании и поддерживается на высоком уровне при воздействии теплового стресса. 

«Мы продемонстрировали, что этот фермент участвует в развитии термотолерантности растения. Благодаря ему культура более устойчива к воздействию высоких температур. Мы предположили, что альтернативная оксидаза участвует в поддержании фотосинтеза и помогает растению адаптироваться к тепловому стрессу», — рассказывает Ольга Боровик.

Также было показано, что функционирование альтернативной оксидазы зависит от пула водорастворимых углеводов. «До сих пор в мировой литературе были противоречивые сведения на этот счет. В нашем исследовании мы увидели: когда сахаров много, вклад этого фермента в дыхание увеличивается», — отмечает исследовательница.

Одной из причин активации альтернативной оксидазы может быть увеличение содержания в хлоропластах и митохондриях пероксида водорода, который выполняет сигнальную функцию. В следующих экспериментах ученые СИФИБР СО РАН будут проверять эту гипотезу. В перспективе результаты таких исследований можно будет использовать для создания сортов пшеницы, наиболее устойчивых к воздействию высоких температур.

Эта исследовательская работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда, проект № 17-74-10096 Президентской программы исследовательских проектов «Проведение инициативных исследований молодыми учеными».

29 марта, 2024
Российские ученые обучили ИИ подбирать эффективную защиту для глаз от лазерного излучения
Российские ученые разработали нейросеть для быстрой оценки способности материалов блокировать опас...
28 марта, 2024
В ИТМО создали более долговечные синие перовскитные светодиоды
Ученые ИТМО нашли новый способ получения синего излучения у перовскитных нанокристаллов. Он позвол...