Прорастание - это важнейший этап в жизни растения, поскольку из стадии семени, устойчивого к различным ограничениям окружающей среды (климатические условия, отсутствие питательных элементов и т.д.), оно превращается в проросток, который гораздо более уязвим. Выживание молодого растения зависит от времени этого перехода. Поэтому очень важно тонко контролировать этот этап.

Швейцарская группа под руководством ученых из Женевского университета (UNIGE) обнаружила внутренний термометр семян, который может задерживать или даже блокировать прорастание, если температура слишком высока для будущего проростка. Эта работа может помочь оптимизировать рост растений в условиях глобального потепления. С результатами работы можно ознакомиться в журнале Nature Communications.

Только что сформированные семена находятся в спящем состоянии; они не способны прорастать. Через несколько дней (или даже месяцев, в зависимости от вида) семена пробуждаются и приобретают способность прорастать в благоприятный сезон для роста проростков и производства новых семян. Однако недремлющие семена все еще могут решить свою судьбу. Например, недремлющее семя, которое внезапно подвергается воздействию слишком высоких температур (более 28°C), может блокировать прорастание. Этот механизм подавления температурой (термоингибирование) позволяет осуществлять очень тонкую регуляцию. Изменение температуры всего на 1-2°C действительно может задержать прорастание популяции семян и тем самым повысить шансы на выживание будущих проростков.

Ключевой белок: Фитохром B

Группа Луиса Лопеса-Молины, профессора кафедры растениеводства факультета естественных наук UNIGE, интересуется контролем прорастания у Arabidopsis thaliana, вида растений, принадлежащего к семейству Brassicaceae и используемого в качестве модели во многих исследовательских проектах. Чтобы понять механизмы обнаружения, позволяющие семенам вызывать термоингибирование, ученые исследовали уже описанные и схожие явления у молодых растений (т.е. на более продвинутой стадии развития).

Действительно, проростки также воспринимают изменения температуры, когда незначительное повышение температуры способствует росту стебля. Эта адаптация похожа на ту, которая наблюдается, когда растение оказывается в тени другого: Оно удлиняется, чтобы выйти из тени и попасть под солнечный свет, который более благоприятен для фотосинтеза. Эти изменения регистрируются чувствительным к свету и температуре белком - фитохромом B, который обычно действует как тормоз роста растений. Повышение температуры на 1-2°C способствует инактивации фитохрома B, что делает его менее эффективным в предотвращении роста.

Внутренний термометр

Чтобы понять, играет ли фитохром B роль в термоингибировании во время прорастания, авторы препарировали семена, чтобы разделить две ткани внутри семени: эмбрион (из которого вырастет молодое растение) и эндосперм (питательная ткань, которая также контролирует прорастание семян арабидопсиса). В отличие от эмбрионов, выращенных в контакте с эндоспермом, исследователи обнаружили, что эмбрионы, лишенные эндосперма, не способны остановить свой рост при чрезмерно высоких температурах, что приводит к их гибели.

"Мы обнаружили, что термоингибирование у арабидопсиса не контролируется эмбрионом автономно, а осуществляется эндоспермом, что открывает новую важную функцию этой ткани", - объясняет Уршула Пискуревич, научный сотрудник кафедры наук о растениях факультета естественных наук UNIGE и первый автор исследования. "Другими словами, в отсутствие эндосперма зародыш внутри семени не воспримет слишком высокую температуру и начнет прорастать, что может привести к гибели".

Оптимизация прорастания культур

Тепловое ингибирование прорастания - это новый пример влияния климатических колебаний на определенные циклические явления в жизни растений (прорастание, цветение и т.д.). "Ожидается, что этот признак окажет влияние на распространение видов и сельское хозяйство растений, и это влияние будет усиливаться по мере повышения температуры во всем мире", - сообщает Луис Лопес-Молина, последний автор исследования.

Лучшее понимание того, как свет и температура вызывают или задерживают прорастание семян, действительно может помочь оптимизировать рост растений, подвергающихся воздействию широкого спектра климатических условий".