Ученые из университетов Бирмингема и Ноттингема раскрыли механизм, который позволяет цветковым растениям ощущать и «запоминать» изменения в окружающей их среде.
Исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, раскрывает потенциальные новые цели, которые могут способствовать развитию новых сортов растений, включая злаки и овощи, которые могут адаптироваться к различным условиям окружающей среды.
Функция памяти растений позволяет им точно координировать свое развитие в ответ на стресс или смену времен года. Например, многие растения помнят продолжительные холода зимы, что гарантирует их цветение только весной, когда вернутся более теплые температуры. Один из способов сделать это - через группу белков, называемых PRC2. На холоде эти белки объединяются в комплекс и переключают растение в режим цветения. Мало что известно о том, как PRC2 обнаруживает изменения окружающей среды, чтобы убедиться, что он активен только тогда, когда это необходимо.
Это новое исследование, проведенное в сотрудничестве с учеными из Оксфордского и Утрехтского университетов, позволяет по-новому взглянуть на функцию PRC2 по «ощущению окружающей среды».
Исследователи обнаружили, что основной компонент комплекса - белок под названием VRN2 - чрезвычайно нестабилен. При более высоких температурах и при избытке кислорода белок VRN2 постоянно разрушается. Когда условия окружающей среды становятся более сложными, например, когда растение затоплено и мало кислорода, VRN2 становится стабильным и повышает выживаемость. Белок VRN2 также накапливается на холоде. Это позволяет комплексу PRC2 запускать цветение при повышении температуры. Команда исследовала причины этого и обнаружила удивительное сходство между реакцией растений на холод и недостаток кислорода во время затопления.
«Растения обладают замечательной способностью ощущать и запоминать изменения в окружающей их среде, что позволяет им контролировать свой жизненный цикл», - объясняет ведущий автор исследования д-р Дэниел Гиббс из Школы биологических наук Бирмингемского университета. «VRN2 постоянно разрушается, когда в нем нет необходимости, но накапливается в правильных условиях окружающей среды. Таким образом, VRN2 напрямую воспринимает сигналы из окружающей среды и реагирует на них, а PRC2 остается неактивным до тех пор, пока не потребуется».
"Возможно, этот механизм можно использовать для помощи в создании растений, которые лучше приспособлены к различным экологическим сценариям, что будет важно перед лицом изменения климата."
Профессор Майкл Холдсворт из Ноттингемского университета, один из руководителей исследования, сказал: «Теперь будет важно исследовать, как холод приводит к повышению стабильности VRN2 и почему эта реакция похожа на реакцию растений на затопление.."
Интересно, что животные также имеют комплекс PRC2, но не имеют нестабильного белка VRN2. «Похоже, что эта система развилась именно у цветковых растений», - добавил профессор Холдсворт. «Возможно, это дает им больше гибкости в их способности адаптироваться и реагировать на изменения окружающей среды, что важно, поскольку они закреплены в земле и не могут двигаться».