Как растения видят свет

Свет — одно из базовых условий для роста и развития растений. Поэтому, чтобы успешно адаптироваться, они должны по-своему ощущать световую энергию. Но, в отличие от животных, у растений нет специальных органов зрения. Их функцию выполняет фоторецепторные системы, которые улавливают разные длины волн света. Ученые обнаружили, что молекулы белка образующие эту систему, имеют несколько другое строение, чем считалось ранее.

Основу этих систем составляют белковые пигменты — фитохромы, которые делятся на две разновидности: фитохром A и фитохром B. Исследователи из Института Ван Андел определили молекулярную структуру фитохрома B (или PhyB). Структура пигмента была изучена на примере модельного растения Arabidopsis thaliana. Оно быстро растет и легко размножается, а потому часто используется в исследованиях.

Методы криоэлектронной микроскопии позволила исследовательской группе сделать около 1 миллиона изображений частиц PhyB, образующих структуру, которая позволяет растениям поглощать свет определенной длины волны. Затем ученые отобрали 155000 изображений, которые послужили для визуализации структуры PhyB. Визуализация довольно детальная и отображает строение молекулы практически на уровне атомов. Воссоздав по изображению структуру молекулы, ученые пришли к неожиданному открытию. Вместо параллельной структуры, описанной в более ранних исследованиях, они обнаружили сложную трехмерную структуру с участками разного строения. Полученные данные свидетельствуют о том, что с помощью этих структур PhyB может менять свою форму, реагируя на световую энергию. Таким образом растение быстрее «узнает» о доступности света в той или иной точке.

До недавнего времени считалось, фитохромы растений, в частности, PhyB, аналогичны тем, которые обнаруживаются у бактерий и других одноклеточных. Но, как показало исследование, фоторецепторы растений имеют более сложное строение. Причем, как отмечают ученые, особенности строения белков напрямую связано с их функционированием. Структура молекул определяет, как они будут взаимодействовать между собой, обеспечивая физиологические процессы организма. Вероятно, это исследование может лечь в основу новых технологий для искусственного освещения растений.