Как растения узнают о приближении зимы и адаптируются к морозам: любопытное исследование
Из-за изменения климата зимы перестают быть настоящими зимами. От этого страдают растения, у которых сбивается их сезонный цикл
Большинство исследований сезонного цикла растений было посвящено поиску ответа на вопрос, как они понимают, что пришло время цвести. И этот процесс оказался довольно простым - растения способны распознавать наступление сумерек и рассвета, а также реагируют на изменение продолжительности светового дня. Поэтому когда весной дни становятся длиннее, определенный набор генов начинает активно сигнализировать растениям, что пришло время цвести.
Они также предполагали, что способность растений приспосабливаться к зиме, которая как раз сопровождается сокращением продолжительности светового дня, основана на обращении вспять процессов, которые запускаются в растении в начале весны.
Вопрос реакции растений на смену сезонов становится все более важным в эпоху глобального изменения климата. Особенно в контексте выращивания сельскохозяйственных культур. По мере того как Земля нагревается, растения все еще сохраняют способность распознавать изменения продолжительности дня, но другие параметры, влияющие на их жизнедеятельность — например, температура воздуха и доступность воды — быстро меняются. Некоторые исследования показывают, что многие растения даже стремятся переместиться на возвышенности, где климат более влажный и прохладный. Чтобы создать оптимальные условия для сельскохозяйственных культур, ученым нужно понять, как именно растения по сокращению количества света днем понимают, что скоро зима.
В этой ситуации исследователи из Йельского университета (США) решили копнуть глубже и провели исследование, в ходе которого изучали растение Резуховидка Таля (Arabidopsis) и то, как меняется экспрессия его генов с наступлением зимы. Для этого они пометили экспрессируемые зимой гены внутри живых растений биолюминесцентными маркерами. Затем они имитировали различную сезонную продолжительность дня в специализированных камерах для выращивания растений и наблюдали, как они будут реагировать на «изменение» сезонов.
Исследователи обнаружили, что в периоды уменьшения освещенности активность многих генов увеличивалась - в частности, так себя вел ген PP2-A13, который имеет решающее значение для выживания растения в более короткие зимние дни. Удивительно, но ученые также обнаружили, что экспрессия этих «зимних генов» контролируется метаболическими сетями растения, отличными от системы, которая контролирует весеннее цветение.
Результаты показывают, что эта система измерения продолжительности светового дня имеет решающее значение для поддержания вегетативного здоровья в зимний период. По мере того как дни становятся короче, растения переходят в режим переработки и сохранения доступных питательных веществ, чтобы предотвратить голодание. Точно так же они себя ведут и при теплой температуре воздуха и большом количестве влаги — то есть, решающим фактором при активации «зимнего режима» является именно количество света.
«Мы часто думаем о зиме как о времени бездействия растений, но на самом деле это время большой клеточной активности», — объясняют ученые. «Растению важна каждая частица полезной энергии, чтобы пережить зиму».
Имея в руках эту информацию, теоретически можно манипулировать генетическим «календарем» растения, что позволит сохранить урожай здоровым в различных условиях, даже при изменении климата. Например, ученые могут продлить период роста растения, генетически переопределив его «зимние сигналы».