Зимой это может быть трудно вспомнить, но июль 2021 года был самым жарким месяцем из когда-либо зарегистрированных. В США средняя температура была выше средней за июль на 2,6 градуса по Фаренгейту, а во многих южных европейских странах температура превышала 45 градусов по Цельсию, в том числе рекордно высокая температура 48,8 градусов по Цельсию, зарегистрированная на восточном побережье. Сицилии в Италии.
В последние несколько десятилетий наблюдалось увеличение частоты волн тепла с рекордными максимумами по всему миру, и это рассматривается как результат изменения климата. Волны тепла возникают чаще, становятся более жаркими и длятся дольше, что приводит к серьезным последствиям не только для людей и животных, но и для растений. «Тепловой стресс может негативно повлиять на растения в их естественной среде обитания и дестабилизировать экосистемы, а также резко сократить урожай сельскохозяйственных культур, тем самым угрожая нашей продовольственной безопасности», - говорит Бриджит Поппенбергер, профессор биотехнологии садовых культур.
Клетки активируют путь молекулярной защиты для защиты от теплового стресса
Чтобы пережить короткие периоды теплового стресса, растения активируют молекулярный механизм, называемый реакцией на тепловой шок. Эта реакция на тепловой шок (общая для всех организмов) защищает клетки от повреждений, вызванных протеотоксическим стрессом, который повреждает белки. Такой стресс вызывается не только жарой, но также может быть результатом воздействия определенных токсинов, ультрафиолетового излучения или засоленности почвы.
Реакция на тепловой шок защищает клетки различными способами, одним из которых является выработка так называемых белков теплового шока, которые служат молекулярными щитами, защищающими белки, предотвращая неправильное свертывание.
Брассиностероиды могут повышать устойчивость растений к тепловому стрессу
Растения реагируют на тепловой стресс, активируя факторы теплового шока, а также другие молекулярные игроки. В частности, задействованы гормоны как химические мессенджеры. Среди гормонов, которые вырабатывают растения, есть брассиностероиды, которые в первую очередь регулируют их рост и развитие. Но, в дополнение к стимулирующим рост свойствам, брассиностероиды обладают и другими интересными способностями, одной из которых является их способность повышать устойчивость растений к тепловому стрессу, и исследователи из ТУМ недавно обнаружили, что способствует этой защитной способности.
Используя модель растения Arabidopsis thaliana, исследовательская группа под руководством профессора Бриджит Поппенбергер смогла выяснить, как специфический фактор транскрипции - особый белок, ответственный за включение или выключение определенных участков ДНК - регулируется брассиностероиды. Этот фактор транскрипции, называемый BES1, может взаимодействовать с факторами теплового шока, тем самым позволяя направлять генетическую информацию на усиление синтеза белков теплового шока. При повышении активности BES1 растения становятся более устойчивыми к тепловому стрессу, при ее снижении - более чувствительными к нему. Кроме того, группа продемонстрировала, что BES1 активируется тепловым стрессом и что эта активация стимулируется брассиностероидами.
Потенциальное применение в сельском хозяйстве и садоводстве
«Эти результаты представляют интерес не только для биологов, пытающихся расширить наше понимание реакции на тепловой шок, но также имеют потенциал для практического применения в сельском хозяйстве и садоводстве», - говорит профессор Поппенбергер.
Биостимуляторы, содержащие брассиностероиды, доступны и могут быть проверены на их способность повышать устойчивость растений к тепловому стрессу. Такие вещества являются натуральными продуктами, одобренными для органического земледелия, и поэтому могут использоваться без проблем. В качестве альтернативы, BES1 может быть интересной мишенью для методов селекции. Это можно использовать для создания сортов, более устойчивых к тепловому стрессу и, таким образом, обеспечивающих более стабильные урожаи в случае будущих волн тепла.