Вчені з Національного університету Чоннам встановили молекулярний механізм, який дозволяє сільськогосподарським культурам швидко адаптуватися до різкого зниження температури. Це відкриття відкриває нові можливості для створення кліматично стійких сортів рослин, здатних витримувати холодовий стрес і забезпечувати стабільний врожай навіть за умов нестабільного клімату.
Про це розповідає AgroWeek
Молекулярний перемикач: як працює захист рослин від холоду
У ході дослідження науковці з Кореї з’ясували, що при зниженні температури у рослинах активується прихований генетичний «перемикач». Він запускає швидке перепрограмування сигнальних шляхів гормонів, зокрема ауксину та індолуксусної кислоти. Цей процес призводить до руйнування білків-репресорів Aux/IAA, які за звичайних умов стримують активацію генів росту. Вивільняються головні регулятори ARF7 та ARF19, які стимулюють роботу гена CRF3, що відповідає за перебудову кореневої системи під час холодового стресу.
«Холодовий стрес не просто уповільнює ріст рослин — він активно перепрограмовує гормональну сигналізацію для адаптації розвитку кореня», — кажуть дослідники.
Інтеграція зовнішніх і внутрішніх сигналів для адаптації
Дослідники також з’ясували, що холод стимулює сигналізацію цитокінінів, що індукує активацію гена CRF2. Разом із CRF3 ці гени інтегрують зовнішні сигнали середовища із внутрішніми гормональними реакціями, дозволяючи рослинам швидко і точно налаштовувати ініціацію бічних коренів у відповідь на стрес. Саме злиття шляхів ауксину та цитокініну в єдиний модуль CRF забезпечує оптимальну реакцію рослини на холодові умови.
Науковці підкреслюють, що подібний механізм дозволяє не лише забезпечити виживання рослин у періоди раптового похолодання, особливо на ранніх етапах розвитку, а й формує підґрунтя для селекції нових сортів із підвищеною стійкістю до низьких температур.
Виявлені шляхи відкривають перспективи для впровадження біотехнологічних рішень: посилення сигналізації CRF2/CRF3, стабілізація активності ARF або цілеспрямована деградація Aux/IAA. Це дасть змогу створювати культури, які краще вкорінюються, ефективніше засвоюють поживні речовини та зменшують залежність від добрив. Окрім того, дослідження вказує на потенціал використання синтетичних молекул чи біостимуляторів для захисту розсади в періоди екстремально низьких температур.
Очікується, що протягом наступного десятиліття виявлений молекулярний механізм стане основою для точного відбору та генної інженерії кліматично стійких культур, зокрема із застосуванням технології CRISPR, що дозволить аграріям вирощувати врожай у більш суворих умовах.