Исследование учёных из Института Солка показывает, как активность генов направляет рост растений – с изменением условий освещения, которое заставляет растения реагировать на окружающую среду на молекулярном уровне всего за пять минут, сообщает пресс-служба Института Солка. Полученные данные дают представление о том, как повысить урожайность и защитить мировое производство продуктов питания, поскольку изменение климата приводит к сокращению пахотных земель на планете.
Ядра растительных клеток видны до и после воздействия тени. На верхних изображениях (до) фактор транскрипции PIF7 (красный) заключен в пятнышки, которые содержат световые сенсоры растений (зеленые). На нижних изображениях (после) в заштрихованном растении высвобождается PIF7, который затем может свободно связываться с ДНК и инициировать активность гена.
© Chan Yul Yoo, Meng Chen lab, UC Riverside
Растения в тени растут быстрее и выше, чтобы пробиться сквозь навес и получить больше света. В то же время в затененных условиях выращивания они зацветают и дают семена раньше, чем обычно, чтобы вытеснить другие растения. Эти открытия могут быть полезны для полевых цветов, растущих на лугу, но на фермах они могут снизить урожайность и привести к получению горьких, некачественных культур.
В новом исследовании ученые изучили роль определенных факторов транскрипции в активации этой реакции роста. Факторы транскрипции – это белки, которые включают или выключают гены, связываясь с ДНК.
Команда работала с проростками, лишенными факторов транскрипции PIF (PHYTOCHROME-INTERACTING FACTORs). Когда они выращивали эти растения в среде, имитирующей тень, растения без определенных факторов транскрипции не удлинялись и не ускоряли свой рост, а вместо этого продолжали нормально расти, как если бы они были на солнечном свете. Ранее авторы этой работы выяснили, что PIF7 играет наиболее важную роль в регулировании роста, вызванного затенением.
Затем исследователи более внимательно изучили роль гистонов в этом процессе, в частности гистонового варианта H2A.Z. Гистоны – это белки, которые действуют как катушки для цепей ДНК. Когда гистоны обмениваются или модифицируются, они могут активировать или подавлять определенные гены.
Ученые обнаружили, что тень от навеса привела к тому, что в генах, регулирующих рост, исчез гистон H2A.Z. С ДНК связался PIF7, что, в свою очередь, активировало их экспрессию. Используя очень короткие интервалы времени для своих экспериментов, исследователи обнаружили, что PIF7 активируется, связывает свои гены-мишени и удаляет H2A.Z в течение первых пяти минут после того, как растение попало в тень.
Скорость процесса была неожиданной, отмечают исследователи. Также, кроме того, что реакция на стресс вызывалась в течение пяти минут, гистоновый ландшафт также быстро восстановился, когда тень уже исчезла.
«Когда мы убрали тень, уровни H2A.Z в генах-мишенях PIF7 вернулись к норме в течение 30 минут, – отмечает Марк Зандер, доцент Института микробиологии Ваксмана при Университете Рутгерса. – Меня удивило, насколько динамичен этот процесс».
Статья опубликована в журнале Nature Genetics
Источник: scientificrussia.ru
