Исследователи из Центра исследования устойчивых ресурсов RIKEN (CSRS) в Японии обнаружили небольшой гормон, который помогает растениям удерживать воду, когда ее нет в почве. Исследование, опубликованное в журнале Nature 4 апреля, показывает, как пептид CLE25 перемещается от корней к листьям при недостатке воды и помогает предотвратить потерю воды, закрывая поры на поверхности листьев.
У животных пептидные гормоны представляют собой небольшие цепочки аминокислот, которые перемещаются по крови и помогают поддерживать баланс нашего тела при изменении окружающей среды. Например, когда у вас низкое кровяное давление, ваше тело вырабатывает гормон вазопрессин, который циркулирует в крови и действует на сужение артерий, в результате чего ваше кровяное давление возвращается к нормальному уровню.
У растений также есть гормоны, называемые фитогормонами, но ученые знают о них гораздо меньше. Ученые из RIKEN CSRS хотели выяснить, реагируют ли какие-либо растительные гормоны на физический - абиотический - стресс. Как объясняет первый автор Фуминори Такахаси: «Хотя мы знаем, что некоторые пептидные гормоны в растениях опосредуют клеточное развитие, до сих пор никто не идентифицировал гормоны, которые регулируют реакцию на физические стрессы, такие как обезвоживание».
Команда начала с изучения пептидов CLE, которые синтезируются в корнях, и АБК - гормона, который, как известно, накапливается в листьях и помогает закрыть поры в ответ на стресс от засухи. Применение многих пептидов CLE к корням растений показало, что только CLE25 приводил к увеличению АБК в листьях и закрытию пор. Команда определила, что связью между этими двумя событиями было увеличение количества фермента, необходимого для производства АБК. В дополнение к этой искусственной ситуации они показали, что уровни CLE25 увеличиваются в корнях растений, которые подвергаются дегидратационному стрессу, что приводит к тем же результатам. Следующий вопрос заключался в том, перемещается ли CLE25 по кровеносной системе растений.
Обнаружение функциональных пептидных гормонов в живых клетках очень сложно, потому что их количество очень мало. «Мы решили эту проблему, - говорит Такахаши, - используя высокочувствительную систему масс-спектрометрии и разработав систему скрининга, которая может идентифицировать подвижные пептиды, перемещающиеся от корня к побегу». С помощью этой технологии исследователи смогли пометить молекулы CLE25 и визуализировать их движение от корней к листьям, что указывает на то, что это действительно мобильный гормон и что он, вероятно, взаимодействует с другими молекулами в листьях для производства АБК..
Прежде чем исследовать, как CLE25 индуцирует синтез АБК после того, как он попадает на лист, команда создала мутантные растения, в которых отсутствовали CLE25 или АБК, и провела несколько контрольных экспериментов, которые подтвердили их выводы. В частности, всего после трех часов обезвоживания растения без CLE25 уже показали в 7 раз меньше АБК листьев и потеряли больше воды, чем контрольные растения. Наконец, команда изучила несколько мутантов и обнаружила, что рецепторы BAM1/BAM3 в листе являются связующим звеном между CLE25 и производством АБК.
Теперь, когда они открыли пептидный гормон CLE25 и определили, как он помогает растениям удерживать воду, команда уверена, что это только начало. Как отмечает Такахаши, «наше исследование имеет абсолютное применение в реальном мире и должно способствовать развитию устойчивых к абиотическим стрессам сельскохозяйственных культур, использующих преимущества подвижной пептидной системы в растениях».
У группы RIKEN CSRS уже есть свои планы в этом направлении. «Во-первых, - объясняет Такахаши, - мы работаем над модифицированными пептидами, которые более эффективны для устойчивости к стрессу, чем натуральные. Во-вторых, мы работаем над способами смешивания функциональных пептидов с удобрениями для повышения засухоустойчивости сельскохозяйственных культур в поле».