Світлочутливі білки водоростей можуть стати ключем порятунку рослин від посухи
У рослин є мікроскопічні маленькі пори на поверхні листя, звані продихами. Вони допомагають регулювати приплив вуглекислого газу для фотосинтезу і також запобігають втраті занадто великої кількості води і в'янення під час посухи.
Устьїчні пори оточені двома захисними клітинами. Якщо внутрішній тиск цих клітин падає, вони слабшають і закривають пори. Якщо тиск підвищується, клітини розсуваються і пори розширюються.
Таким чином, рухи продихів регулюються захисними клітинами. Сигнальні шляхи в цих клітинах настільки складні, що людям важко втручатися в них безпосередньо. Проте, дослідники з університету Юлія Максиміліана (JMU) Вюрцбурга в Баварії, змогли знайти спосіб дистанційного керування рухами продихів - за допомогою світлових імпульсів.
Дослідникам вдалося зробити це, ввівши світлочутливий перемикач в захисні клітини тютюнових рослин. Ця технологія була запозичена з оптогенетики. Даний метод був успішно використаний в клітинах тварин, але застосування в клітинах рослин все ще знаходиться в зародковому стані.
Команда, очолювана біофізиком JMU та експертом з захисних клітин професором Райнером Хедрічем, описує свій підхід у журналі Science Advances.
Вчені JMU Шоугуанг Хуанг, Кай Конрад і Роб Роелфсема також взяли участь у дослідженні.
Група використовувала світлочутливий білок з водорості Гільярдія тета в якості вимикача світла, а саме аніонний канал ACR1 з групи канальродопсинів. Захисні клітини втрачають внутрішній тиск, слабшають, і пори закриваються протягом 15 хвилин.
"Світловий імпульс подібний до дистанційного керування рухом продихів», - говорить Хедріх.
"Піддаючи ACR1 впливу світла, ми зв'язали власний сигнальний ланцюг клітини, тим самим довівши гіпотезу про те, що відкриття аніонних каналів необхідно і достатньо для закриття продихів», - розповідає Хедріх.
Вплив світла майже повністю запобіг транспірації рослин.
Володіючи цими знаннями, тепер можна вирощувати рослини зі збільшеною кількістю аніонних каналів в захисних клітинах. Рослини, оснащені таким чином, повинні швидше закривати свої продихи у відповідь на наближення спеки, а, значить, краще справлятися з періодами посухи.
"Аніонні канали рослин активуються під час стресу; цей процес залежить від кальцію. У наступному проекті з оптогенетики ми хочемо використовувати кальційпровідні канальні родопсини, щоб спеціально дозволити кальцію надходити в клітини захисних клітин під впливом світла і детально зрозуміти механізм активації аніонних каналів", - зазначає Хедріх.
Новий оптогенетичний інструмент має величезний потенціал для досліджень. Він дозволяє отримати нове уявлення про те, як рослини регулюють споживання води і як пов'язані фіксація вуглекислого газу і рух продихів.
Також читайте: