Источник фото: Washington University in St. Louis
Ученые из Вашингтонского университета в Сент-Луисе выяснили, что внутренние биологические часы растений помогают им справляться с опасным солевым стрессом. Засоление почвы становится все более серьезной угрозой для сельского хозяйства по всему миру. Из-за более жаркой и сухой погоды усиливается испарение влаги из земли, а на поверхности остаются концентрированные минеральные соли.
Кроме того, нехватка воды вынуждает аграриев поливать поля водой низкого качества, соленой или повторно используемой. По оценкам специалистов, примерно половина орошаемых земель планеты уже в той или иной степени подвержена засолению. Результаты новой работы показывают, как растения выстраивают защиту от солей с привязкой ко времени суток.
Исследование, опубликованное в журнале Science Advances, провели биолог Сюэхуа Чжун и постдокторант Вэньвэнь Тянь, специалист по циркадной биологии. Ученые давно знали, что внутренние часы растения связаны с его стрессовыми реакциями, но механизм доступа часов к защитным генам оставался неясным. Как отмечает Чжун, эта связь оказалась на удивление физической.
«Когда растение чувствует соль, белок часов собирается в крошечные капли внутри ядра, что освобождает защитные гены для включения, — приводит слова исследовательницы пресс-служба Вашингтонского университета в Сент-Луисе. — Поскольку белок часов является частью этого переключателя, защита растения от стресса привязана к его чувству времени».
Ключевым элементом оказался белок часов под названием TIC, который отвечает за синхронизацию биоритмов с суточным циклом. При воздействии соли он быстро собирается в мелкие капли в ядре клетки, и это первое свидетельство того, что компонент часов может напрямую реагировать на соль. Растения без TIC оказались более уязвимы к засолению, а их внутренние часы шли примерно по 21-часовому циклу вместо 24-часового. Когда такие растения выращивали в условиях 21-часового дня, совпадающего с их ритмом, они переносили соль лучше.
Образование капель TIC оттягивает группу ферментов, которые обычно сдерживают гены солевой защиты, и те включаются сильнее, помогая растению выжить. По словам ученых, эти данные открывают новые подходы к выведению более устойчивых культур: TIC может стать целью для селекции или редактирования генов. Исследование также показывает, что растения лучше справляются с солью, когда их внутренние часы совпадают с окружающей средой, а значит, настройка биоритмов культур способна повысить их стрессоустойчивость.