Мороз на Arabidopsis thaliana - новое открытие может помочь нам выращивать урожай в условиях изменчивого климата. Предоставлено: Центр Джона Иннеса.
Первые осенние заморозки могут быть мрачными для садоводов, но последние свидетельства показывают, что это важное событие в жизни растений.
Это открытие может повлиять на то, как мы выращиваем сельскохозяйственные культуры в условиях изменчивого климата, и помочь нам лучше понять молекулярные механизмы у животных и людей.
Большая часть нашего понимания того, как растения регистрируют температуру на молекулярном уровне, была получена в результате изучения яровизации - воздействия длительного периода холода в качестве подготовки к весеннему цветению.
Эксперименты с использованием модельного растения арабидопсис показали, как этот продолжительный период холода снимает тормоз цветения - ген, называемый FLC. Этот биохимический тормоз также включает другую молекулу COOLAIR, которая является антисмысловой по отношению к FLC. Это означает, что он находится на другом берегу ДНК к FLC, и он может связываться с FLC и влиять на его активность.
Но меньше известно о том, как естественные перепады температуры влияют на этот процесс. Как COOLAIR способствует отключению FLC в природе?
Чтобы выяснить это, исследователи из Центра Джона Иннеса использовали встречающиеся в природе виды арабидопсиса, выращенные в разных климатических условиях.
Они измерили, сколько COOLAIR включено на трех разных полевых участках с различными зимними условиями: один в Норвиче, Великобритания, один на юге Швеции и один в субарктической северной Швеции.
Уровни COOLAIR различались в зависимости от модели и местоположения. Однако исследователи заметили то, что было общим для всех растений - когда впервые температура упала ниже нуля, это был пик COOLAIR.
Чтобы подтвердить это усиление COOLAIR после замораживания, они провели эксперименты в камерах с регулируемой температурой, которые имитировали изменения температуры, наблюдаемые в естественных условиях.
Они обнаружили, что уровень экспрессии COOLAIR повысился в течение часа после замораживания и достиг пика примерно через восемь часов после этого. Сразу после замораживания также наблюдалось небольшое снижение уровней FLC, что отражает взаимосвязь между двумя ключевыми молекулярными компонентами.
Затем они обнаружили мутант Arabidopsis, который постоянно производит более высокие уровни COOLAIR, даже когда не холодно, и низкие уровни FLC. Когда они отредактировали ген, чтобы отключить COOLAIR, они обнаружили, что FLC больше не подавляется, что является дополнительным доказательством этого элегантного молекулярного механизма.
Доктор Юшэн Чжао, соавтор исследования, сказал: «Наше исследование показывает новый аспект измерения температуры у растений в естественных полевых условиях. Первые заморозки осенью служат важным индикатором прихода зимы. Начальная индукция COOLAIR, зависящая от замораживания, по-видимому, является эволюционно консервативной особенностью Arabidopsis и помогает объяснить, как растения воспринимают сигналы окружающей среды, чтобы начать подавление главного репрессора цветов FLC, чтобы согласовать цветение с весной ».
Исследование предлагает понимание пластичности молекулярного процесса того, как растения воспринимают температуру, что может помочь растениям адаптироваться к разному климату.
Профессор Дэйм Кэролайн Дин, автор-корреспондент исследования, пояснила: «С точки зрения предприятия, это дает вам настраиваемый способ отключения FLC. Любая модуляция антисмысловой активности отключит смысл, и с эволюционной точки зрения, в зависимости от того, насколько эффективно или быстро это происходит, и в скольких клетках это происходит, у вас тогда есть способ активировать и опускать тормоза между клетками ».
Полученные данные будут полезны для понимания того, как растения и другие организмы воспринимают изменяющиеся экологические сигналы, и могут быть использованы для улучшения сельскохозяйственных культур во время изменения климата.
Это открытие, вероятно, также будет широко актуально для экологической регуляции экспрессии генов у многих организмов, поскольку было показано, что антисмысловая транскрипция изменяет транскрипцию в дрожжевых и человеческих клетках.
Ссылка: «Естественные колебания температуры способствуют регулированию COOLAIR FLC» Юшенг Чжао1, Пань Чжу1, Джо Хепворт, Ребекка Блумер, Реа Лайла Антониу-Куруниоти, Джейд Даути, Амели Хекманн, Конгяо Сюй, Хунчун Ян и Кэролайн Дин, 13 мая 2021 г., Гены и развитие.
DOI: 10.1101 / gad.348362.121
