Способность растений воспринимать световые и температурные изменения, а также их адаптация к новым климатическим условиям, обусловлена наличием в их клетках специфических структур, назначение которых до сих пор оставалось загадкой.
Исследователи из Калифорнийского университета в Риверсайде впервые разгадали молекулярные механизмы функционирования клеточных структур и выяснили, где и как они образуются. Открытия описаны в двух статьях, опубликованных в журнале Nature Communications. Учёные долгое время изучали мембранные органеллы растительных клеток: аппарат Гольджи, митохондрии и, что особенно важно, ядро, где происходит копирование и транскрипция ДНК в РНК.
Внутриядерные органеллы без мембран, такие как фототельца, помогающие растениям чувствовать свет и температуру, до сих пор остаются малоизученными. Они способны к динамическому формированию и рассеиванию. «Раньше их называли „мусорными бачками“, потому что не понимали их суть. Часто непонятое считается бесполезным. На самом деле это не так»,— говорит профессор ботаники УКР Мен Чен, ведущий автор обоих исследований. «Это новый рубеж в науке.»
Изучение ядерных структур без оболочки, как фототельца в растениях, пока на начальном этапе. Эти структуры, регулирующие реакцию на свет и температуру, были недооценены и ошибочно приняты за бесполезные. Мен Чен, профессор ботаники из Калифорнийского университета в Риверсайде, подчеркивает их важность: «Прежде их недопонимали, но это — перспективное направление в биологии».
Изучение фототел или других органелл без мембран затруднено постоянным движением молекул внутрь и наружу, что усложняет понимание их функций. Эти структуры появляются только при свете. Через 20 лет работы над проблемой Чен и его команда открыли метод, объясняющий секреты работы этих органелл.
Раньше он удалял ген в лабораторных растениях, чтобы изучить изменения в фототелах и реакции растений на свет и температуру. Эксперименты дали частичные результаты. Его команда нашла ген, без которого немембранные органеллы не могли формироваться. Деактивация этого гена снижала чувствительность растений к свету. «Мы поняли, что эти органеллы связаны с восприятием света, но это было лишь наблюдение, не доказательство причинно-следственной связи,» сказал Чен.
Исследователи решили увеличить размер органелл, вместо того чтобы их устранять. Этот метод, описанный в новой статье, оказался эффективным. Увеличенные органеллы позволили разглядеть их функции. «Мы обнаружили, что эти структуры без оболочек позволяют растениям различать разные уровни освещенности. Без них растения не смогли бы воспринимать изменения в интенсивности света»,— сказал Чен.
Во второй статье, опубликованной в журнале «Nature Communications», ученые исследовали связь между органеллами клетки и температурой. Исходя из предыдущих работ, было известно, что увеличение температуры приводит к снижению количества этих органелл. Исследователи предположили, что чувствительность к температуре зависит от местоположения органелл в клетке. В то время как другие научные группы считали, что органеллы формируются случайным образом, Чен и его команда были уверены, что это не так.
Чэнь утверждает: в природе случайностей почти не бывает. В аэропорту люди собираются не где попало, а в зонах ожидания и у стоек регистрации. Так и важные процессы — не происходят хаотично. Оказывается, фототела формируются системно, большинство из них располагаются около центромер, где гены неактивны.
При температуре 16°C в клетках наблюдалось 9 видов органелл без мембран. При повышении до 27°C их количество снизилось до 5. Все эти структуры содержат белок фитохром B, чувствительный к температуре. Ученые планируют управлять чувствительностью растений к свету и теплу, регулируя образование этих органелл, что критично для адаптации сельскохозяйственных культур к изменяющемуся климату.
Источник: Университет Калифорнии
