Как растения справляются с утренним холодом

Даже в теплое время года утро ассоциируется с прохладой, когда ночь уже отступила, но солнце еще не так высоко и до жары еще далеко. Хотя многим людям утро нравится именно поэтому, для растений это время суток нередко становится причиной стресса. Но, как показывают современные исследования, растительные организмы прекрасно справляются с неблагоприятными условиями.

Низкие температуры, в том числе во время заморозков, могут навредить растениям, особенно если при этом они находятся под ярким светом. А ведь именно такую комбинацию условий создает утренняя смена погоды, которую растения, впрочем, успешно переносят.

Исследователи из Центра Джона Иннеса в Англии предположили, что механизм, отвечающий за преодоление стресса во время утренних холодов, связан с работой хлоропластов — основного места синтеза органических веществ в растительной клетке.

Хлоропласты выделяются среди прочих органоидов тем, что имеют собственный геном, в котором часть информации сохранилась еще с древних времен, когда фотосинтезирующие организмы только начали появляться на Земле. По прошествии тысячелетий многие из «первоначальных» генов хлоропластов стали частью ядерного ДНК, однако некоторые важные гены так и остались в собственном геноме отдельных органоидов.

Именно на одном из таких генов, называемом сигма-фактором (SIG5), ученые сосредоточились в своем исследовании. У фотосинтезирующих бактерий этот участок наследственной информации отвечает за реакцию на температуру.

В ходе экспериментов исследователи меняли условия освещения и подвергали растения низким температурам, чтобы отследить активность SIG5. Как и предполагалось, SIG5 проявляет активность в ответ на воздействие холодом рано утром под воздействием циркадных часов (колебаний интенсивности различных биологических процессов, связанных со сменой времени суток).

Ученые предполагают, что SIG5 действует как часть системы сигналов, которая связывает ядро ​​растения с хлоропластами, регулируя процессы, которые могут защитить растение от низких температур и других неблагоприятных условий. Смысл механизма, по мнению исследователей, заключается в том, что ядро отправляет хлоропластам сигнал, чтобы они производили больше белков, участвующих в фотосинтезе, которые разрушаются из-за холода.

Можно сказать, что растения в каком-то роде воспользовались генами, полученными в древности, и, приняв более сложную форму в ходе эволюции, адаптировали их работу. Эти знания дают предполагать, что эти механизмы можно будет усовершенствовать искусственно и вывести холодостойкие сорта культурных растений, которые можно будет выращивать в северных странах.