У растений нет глаз, но они «видят» свое окружение с помощью света.
Это стало возможным благодаря белкам, называемым фоторецепторами, которые поглощают свет и преобразуют его в сигнал, который включает или выключает гены. До сих пор ученые не до конца поняли молекулярный механизм, лежащий в основе этого процесса, который позволяет растениям распознавать, когда они находятся в тени и растут к солнцу, а также определять время года, чтобы они могли цвести весной.
Исследователи из Калифорнийского университета в Риверсайде идентифицировали часть фоторецептора растения, отвечающую за светозависимые изменения в экспрессии генов, как показано в статье, опубликованной сегодня в Nature Communications. Исследование возглавил Мэн Чен, адъюнкт-профессор клеточной биологии Колледжа естественных и сельскохозяйственных наук UCR.
Чен и его коллеги изучали группу фоторецепторов, называемых фитохромами, которые чувствительны к красному и дальнему красному свету и сохранились в растениях, грибах и бактериях. Исследование проводилось на Arabidopsis thaliana, маленьком цветковом растении, которое широко используется биологами в качестве модельного вида, потому что его легко выращивать и изучать.
Фитохромы контролируют рост и развитие растений, изменяя количество или стабильность другой группы белков, называемых факторами транскрипции, чья работа заключается в том, чтобы включать и выключать гены. Чтобы выяснить, как фоторецептор регулирует количество факторов транскрипции, команда Чена обратила внимание на структуру фитохрома, который имеет две функциональные области, называемые доменами.
Хотя известно, что один домен (называемый N-концевым модулем) воспринимает свет, функция другого домена (называемого C-концевым модулем) оставалась неизвестной. Большинство ученых не верило, что С-концевой модуль играет роль в передаче сигналов об изменениях в экспрессии генов у растений, но Чен с этим не согласился.
Мы знаем, что у бактерий, которые используют аналогичный белок для восприятия света, N-концевой модуль воспринимает свет, а С-концевой модуль регулирует стабильность факторов транскрипции. Однако текущая модель растений такова: фоторецептор использует N-концевой модуль как для восприятия световых сигналов окружающей среды, так и для реагирования на них», - сказал Чен, который также является членом Института комплексной биологии генома UCR (IIGB).
Группа Чена показала, что С-концевой модуль действительно регулирует экспрессию генов, хотя он использует совсем другой метод, чем бактерии.
Чэнь сказал, что выводы имеют значение для сельского хозяйства, где фермеры все чаще стремятся выращивать больше продуктов питания на меньшем количестве земли. Например, когда культуры посажены с высокой плотностью, они конкурируют за свет, часто вырастая в высоту за счет урожая.
«Теперь, когда мы понимаем, как свет вызывает изменения в росте и развитии, мы можем сделать растения слепыми к своим соседям, чтобы мы могли сажать их более плотно, не замечая снижения урожайности», - сказал Чен. «Мы можем взять культуры, которые хорошо растут в одной части мира, и приспособить их для выращивания в других широтах и климатических условиях».