Когда на улице становится жарко, люди и животные могут позволить себе роскошь укрыться в тени или в прохладных помещениях с кондиционерами. Но растения застряли.
Хотя растения и не застрахованы от изменения климата, они по-разному реагируют на повышение уровня ртути. Температура влияет на распространение растений по планете. Это также влияет на время цветения, урожайность и даже устойчивость к болезням.
«Важно понимать, как растения реагируют на температуру, чтобы предсказать не только будущую доступность пищи, но и разработать новые технологии, которые помогут растениям справиться с повышением температуры», - сказал Мэн Чен, доктор философии, доцент кафедры клеток. биологии в Калифорнийском университете в Риверсайде.
Ученых очень интересует, как растения воспринимают температуру в течение дня, но до недавнего времени этот механизм оставался неуловимым. Чен возглавляет группу по изучению роли фитохрома В, молекулярного сигнального пути, который может играть ключевую роль в том, как растения реагируют на температуру.
В статье, опубликованной в Nature Communications, Чен и его коллеги из UCR описывают генетические триггеры, которые подготавливают растения к росту в различных температурных условиях, используя модельное растение арабидопсис.
Растения растут в соответствии с циркадными часами, которые регулируются временами года. Все физиологические процессы растения разделены на определенные периоды суток.
Согласно Чену, давняя теория гласила, что арабидопсис ощущает повышение температуры в вечернее время. В естественных условиях арабидопсис, зимнее растение, вероятно, никогда не увидит более высокой температуры ночью.
«Это всегда вызывало у нас недоумение», - сказал Чен, старший автор статьи. «Наше понимание сигнального пути фитохрома заключается в том, что он также должен ощущать температуру в дневное время, когда растение фактически сталкивается с более высокой температурой».
На самом деле, арабидопсис растет в разное время суток по мере смены сезонов. Летом растение растет днем, а зимой - ночью. Предыдущие эксперименты, имитирующие зимние условия, продемонстрировали резкий отклик фитохрома B, но эксперименты, имитирующие летние условия, были менее надежными.
Чен и его команда решили изучить роль фитохрома B в арабидопсисе при 21 градусе Цельсия и 27 градусах Цельсия под красным светом. Монохроматическая длина волны позволила команде изучить, как этот датчик работает без помех со стороны других длин волн света.
«В этих условиях мы видим надежный ответ», - сказал Чен. «Работа показывает, что фитохром В является датчиком температуры в течение дня летом. Без этого фоторецептора реакция растений значительно снижается».
Помимо определения функции фитохрома B, работа Чена также указывает на роль HEMERA, активатора транскрипции, который включает чувствительные к температуре гены, контролирующие рост растений.
«Мы нашли главный элемент управления для измерения температуры в растениях», - сказал Чен. «HEMERA сохраняется во всех растениях, от мха до цветковых растений».
По сути, Чен и его команда определили генетический механизм, используемый всеми растениями, поскольку они реагируют на условия дневного света, а также способность ощущать температуру.
Чен признает, что в этом исследовании не все растения могут реагировать так же, как арабидопсис. Прежде чем можно будет применить это исследование, может быть необходимо понять, как этот сигнальный путь температуры ведет себя в разных растительных системах. Чен считает, что этот путь, вероятно, одинаков для всех растений и может потребовать лишь незначительных модификаций.
Исследовательская группа надеется расширить это исследование, добавив больше сложности в будущие экспериментальные проекты, такие как изучение реакции сигнального пути при белом свете или дневных условиях. Чен также хотел бы изучить, как другие системы растений используют HEMERA для определения температуры.
«Чтобы справиться с быстрыми изменениями температуры, связанными с глобальным потеплением, нам, возможно, придется помочь природе развить сельскохозяйственные культуры, чтобы они адаптировались к новым условиям», - сказал Чен. «Это потребует молекулярного понимания того, как растения чувствуют температуру и реагируют на нее».