Рослини використовують цукор для відчуття тепла вдень

Нове дослідження, проведене під керівництвом професора Мен Чена з Каліфорнійського університету в Ріверсайді, показало, що рослини покладаються на кілька систем сприйняття тепла, а цукор, який виробляється під час фотосинтезу, відіграє центральну і раніше невизнану роль у реакції на денну температуру.

Професор Чен пояснює, що традиційні підручники стверджують, що білки, такі як фітохром B та ранньоквітучий білок 3, є основними термосенсорами у рослин. Однак ці моделі базуються на нічних даних. Дослідники хотіли з'ясувати, що відбувається протягом дня, коли і світло, і температура високі, оскільки саме такі умови переважно відчувають рослини.

Для дослідження вчені використовували арабідопсис — невелику квіткову рослину, популярну в генетичних лабораторіях. Вони піддавали сіянці впливу різних температур від 12 до 27 градусів Цельсія за різних світлових умов і відстежували подовження стебел сіянців, відомих як гіпокотилі, що є класичним показником реакції росту на тепло.

Дослідники виявили, що фітохром B, білок, який сприймає світло, міг виявляти тепло лише при слабкому освітленні. У яскравих умовах, що імітують полуденне сонячне світло, його функція сприйняття температури фактично вимикалася. Проте рослини все ще реагували на тепло, ставали вищими навіть тоді, коли термосенсорна роль фітохрому B була значно зменшена.

Професор Чен зазначає, що це вказувало на наявність інших сенсорів. Одну підказку дали дослідження мутанта фітохрому B, який не мав функції сприйняття температури. Ці мутантні рослини могли реагувати на тепло лише тоді, коли вирощувалися на світлі. Коли вони росли в темряві, без фотосинтезу, у них не було хлоропластів і вони не ставали вищими у відповідь на тепло. Але коли дослідники додавали цукор до поживного середовища, температурна реакція поверталася.

Саме тоді вчені зрозуміли, що цукор не просто живив ріст, а діяв як сигнал, повідомляючи рослині, що тепло. Подальші експерименти показали, що вищі температури викликали розпад крохмалю, що зберігається в листях, вивільняючи сахарозу. Цей цукор, у свою чергу, стабілізував білок, відомий як PIF4, головний регулятор росту. Без сахарози PIF4 швидко руйнувався. З нею білок накопичувався, але ставав активним лише тоді, коли інший сенсор, ELF3, також реагував на тепло, відступаючи.

Професор Чен пояснює, що PIF4 потребує двох речей: цукру, щоб залишатися стабільним, і свободи від пригнічення. Температура допомагає забезпечити обидва фактори. Дослідження розкриває складну, багаторівневу систему. Протягом дня, коли світло використовується як джерело енергії для фіксації вуглекислого газу в цукор, рослини також розвинули механізм на основі цукру для сприйняття змін навколишнього середовища.

Коли температура підвищується, накопичений крохмаль перетворюється на цукор, який потім дозволяє ключовим білкам росту виконувати свою роботу. Результати можуть мати практичне значення. Оскільки зміна клімату призводить до температурних екстремумів, розуміння того, як і коли рослини сприймають тепло, може допомогти вченим виводити сорти сільськогосподарських культур, які ростуть більш передбачувано і стійко в умовах стресу.

Професор Чен зазначає, що це змінює уявлення про термосприйняття у рослин. Це не просто білки, які вмикаються або вимикаються, а енергія, світло, цукор разом. Результати також підкреслюють тиху витонченість рослинного світу. У вихорі фотосинтезу та крохмальних резервів є прихований інтелект, який знає солодко і точно, коли настав час тягнутися до неба.

Дослідження було опубліковано в журналі Nature Communications. Автори статті Д. Фан та колеги представили багатосенсорну структуру сигналізації високої температури для запуску денного термоморфогенезу в арабідопсисі. Це відкриття кидає виклик традиційним уявленням про те, як рослини сприймають температуру, показуючи, що процес набагато складніший і включає взаємодію між світлом, цукром та різними білковими сенсорами.

Нове розуміння механізмів термосприйняття у рослин може мати важливі наслідки для сільського господарства, особливо в контексті глобального потепління. Знання про те, як рослини реагують на температурні зміни протягом дня, може допомогти розробити стратегії для підвищення стійкості сільськогосподарських культур до екстремальних температур.