В условиях нарастающих проблем, связанных с глобальным потеплением и климатическими изменениями, засуха становится все более серьезным вызовом для мирового агропромышленного комплекса, оказывая негативное воздействие на урожайность и обеспечение продовольствием. В процессе эволюции растения разработали ряд адаптационных стратегий, чтобы выживать в таких неблагоприятных условиях.
Одной из таких стратегий является "закрытие устьиц" – механизм, при котором микроскопические поры на поверхности листьев, отвечающие за газообмен, закрываются для минимизации потери воды. Этот процесс контролируется фитогормоном абсцизовой кислотой (АБК), играющей центральную роль в механизмах ответа растений на стресс.
Хотя роль АБК в реакции на засуху хорошо изучена, ученые обнаружили неожиданного участника этого процесса: миозин XI, моторный белок, обычно ассоциирующийся с транспортировкой компонентов клетки. Для изучения этого вопроса исследовательская группа под руководством профессора Мотоки Томинаги из Университета Васэда (Япония) провела исследование, чтобы определить, активно ли миозин XI участвует в реакции растений на засуху, и раскрыть связанные с этим механизмы. "Несмотря на то, что предыдущие исследования предполагали возможность участия миозина XI в реакциях на засуху, основные механизмы оставались неясными", - отмечает Томинага. Соавтором исследования выступил аспирант Хайян Лю, также из Университета Васэда.
Исследователи использовали Arabidopsis thaliana в качестве модельного организма для изучения роли миозина XI в реакции на засуху. Они использовали генетически модифицированные растения, у которых отсутствовал один, два (2ko) или все три (3ko) основных гена миозина XI. Затем их сравнивали с растениями дикого типа в ряде тестов, включая анализы выживаемости в условиях засухи, измерения потери воды, анализ устьичной апертуры и чувствительность к АБК. Они также измеряли продукцию активных форм кислорода (АФК), визуализировали микротрубочки с помощью флуоресцентных маркеров и отслеживали экспрессию генов, чувствительных к АБК, с помощью количественной ОТ-ПЦР. Этот комплексный подход позволил им оценить функциональный вклад миозина XI в устойчивость к засухе и сигнализацию АБК у растений.
Результаты оказались весьма примечательными. Растения, лишенные миозина XI, особенно мутанты 2ko и 3ko, демонстрировали более высокую скорость потери воды, нарушение закрытия устьиц и более низкую выживаемость в условиях засухи. Они также были менее чувствительны к АБК, что подтверждалось более высокой скоростью прорастания и снижением ингибирования роста корней при гормональной обработке. На клеточном уровне эти мутанты демонстрировали снижение продукции АФК, а также нарушение ремоделирования микротрубочек, необходимых для закрытия устьиц, вызванного АБК. Ключевые стресс-зависимые гены также показали снижение экспрессии, что указывает на регуляторную роль миозина XI в передаче сигнала АБК.
Эти результаты показывают, что миозин XI не просто белок-транспортер, но и активно участвует в защите растений от засухи, координируя сигнальные пути АФК, ремоделирование микротрубочек и активацию генов в замыкающих клетках. Это позволяет растениям более эффективно закрывать устьица и сохранять воду. "Было обнаружено, что у множества мутантов растительного миозина XI скорость потери воды во время засухи в четыре раза выше, чем у дикого типа, - отмечает Томинага. - Это открытие открывает новый взгляд на то, как растения адаптируются к изменениям окружающей среды".
Данное исследование представляет собой несколько важных прорывов и открывает путь для новых направлений исследований. Оно раскрывает ранее неизвестную роль миозина XI в реакции растений на абиотический стресс, предлагая более глубокое понимание того, как внутриклеточные транспортные системы способствуют адаптации к окружающей среде. Кроме того, оно выявляет перспективную молекулярную мишень для повышения засухоустойчивости сельскохозяйственных культур.
"Ожидается, что это открытие продвинет фундаментальные исследования реакции растений на стресс и будет способствовать разработке технологий, повышающих эффективность водопользования в сельскохозяйственных культурах, выращиваемых в регионах, подверженных засухе. Мы стремимся и дальше развивать наши исследования, чтобы эти знания можно было применить к сельскохозяйственным технологиям, поддерживающим сельское хозяйство в условиях изменения климата", - отмечает Томинага
Это исследование раскрывает миозин XI как ключевой фактор в реакции растений на засуху, связывая клеточный транспортный механизм с гормональной сигнализацией. В условиях растущего климатического давления подобные идеи открывают многообещающие пути к созданию устойчивых и водосберегающих культур для меняющегося мира.
Результаты исследования были опубликованы в 44 томе журнала Plant Cell Reports.
Изображение: фрипик
