Новосибирские ученые вместе с коллегами из Сингапура обнаружили уникальный механизм адаптации растений к холоду

Фото: nsu.ru

Международная группа исследователей из НГУ, Института цитологии и генетики СО РАН и Национального университета Сингапура обнаружила и исследовала уникальный механизм адаптации к холоду у растений: чтобы пережить пониженные температуры и сохранить свои стволовые клетки, растения жертвуют только что родившимися клетками кончика корня. Статья опубликована в высокорейтинговом научном журнале CELL.

Неожиданный эффект пониженных температур (4° С), продолжительностью от 16 до 72 часов впервые был обнаружен группой профессора Чен Ксу из Сингапура. Когда растение «мерзнет», в стволовых клетках корня начинаются повреждения ДНК. Они обратимы, но деление клетки с нарушенной ДНК может привести к гибели ее потомков. При холодовом стрессе растения такую роль на себя часто берет стволовая клетка корневого чехлика (концевой частик корня) — одна из ее дочерних клеток гибнет сразу после «рождения». Интересно, что растение в целом только выигрывает от этой клеточной смерти — оно быстрее восстанавливается после холода и становится менее восприимчивым к последующим стрессам, например к засухе.

У любого растения есть две главные ниши стволовых клеток — в кончике корня и на верхушке побега, из них образуются все остальные клетки растения. В нише стволовых клеток корня выделяют покоящийся центр, который обеспечивает ее поддержание — его клетки редко делятся, но сигнализируют остальным оставаться стволовыми, то есть сохранять возможность превращаться в клетки любого типа. Для благополучного развития корня важно, чтобы покоящийся центр и окружающая его ниша стволовых клеток не нарушалась — это достигается за счет высокой концентрации главного растительного гормона ауксина в покоящемся центре.

Наши коллеги открыли механизм защиты корня, о котором ранее ничего не было известно. Это своего рода эффект «закаливания» у растения. Низкие температуры губительны для растения, однако кратковременная обработка пониженными температурами, напротив, может обернуться преимуществом. В этом случае гибнут только клетки кончика корня, жизнь которых и так коротка, в то время, как остальные ткани остаются неповрежденными , — пояснила заведующая лабораторией компьютерной транскриптомики и эволюционной биоинформатики НГУ , заведующая сектором системной биологии морфогенеза растений Института цитологии и генетики СО РАН кандидат биологических наук Виктория Миронова .

Для понимания механизма суицидальных наклонностей клеток корневого чехлика новосибирские биоинформатики создали математическую модель, по сути систему с большим количеством уравнений. Механизм регулируется на генетическом уровне с помощью активации работы нескольких групп генов и кодируемых ими белков, ответственных за транспорт ауксина.

Наша модель позволяет говорить о том, что происходит с фитогормоном ауксином и его транспортерами, так называемыми PIN-белками. Моделирование показало, что в холодных условиях, когда происходит деление клеток центральной части корневого чехлика, концентрация гормона в покоящемся центре падает и это создает угрозу для дальнейшей жизни растения. Когда же эти клетки погибают, концентрация гормона восстанавливается, что позволяет сохранить нишу стволовых клеток. Наше предсказание проверили исследователи из Сингапура — и действительно, они обнаружили, что экспрессия гена WOX5 — одного из основных регуляторов поддержания ниши стволовых клеток — снижается при отсутствии гибели дочерних клеток, в сравнении с корнями, где смерть клеток имела место , — говорит ведущий инженер лаборатории компьютерной транскриптомики и эволюционной биоинформатики НГУ , младший научный сотрудник Института цитологии и генетики СО РАН Мария Савина .

В руках ученых сейчас появился простой инструмент для исследования поведения ниши стволовых клеток в ответ на абиотический стресс, а широкое распространение растений типа резуховидки Таля в Северном полушарии позволит понять генетические механизмы приспособления растений к холоду, так как линии этого растения, отличающиеся по приспособленности к холодовому стрессу, скорее всего, будут нести мутации в ключевых генах холодового стресса.

Продолжение этих исследований принесет ощутимую пользу сельскому хозяйству: уже сейчас очевидно, что обработка ауксином посадок перед похолоданием может позволить благополучно их пережить и возобновить быстрый рост при потеплении. Полезной в будущем окажется и математическая модель, ведь ее можно использовать для исследования эффектов других стрессов и выявления способов снижения негативных последствий.

Возможно, результаты авторов могут пригодиться и для исследования способов адаптации к холоду у млекопитающих, т.к. организация ниш стволовых клеток, функционирование, чувствительность к стрессу сходны у животных и растений.

Сотрудники лаборатории компьютерной транскриптомики и эволюционной биоинформатики НГУ читают курсы студентам ФЕН НГУ

Последние новости Новосибирской области по теме:
Новосибирские ученые вместе с коллегами из Сингапура обнаружили уникальный механизм адаптации растений к холоду

Новосибирские ученые вместе с коллегами из Сингапура обнаружили уникальный механизм адаптации растений к холоду - НГУ
Новосибирские ученые вместе с коллегами из Сингапура обнаружили уникальный механизм адаптации растений к холоду - Новосибирск
Международная группа исследователей из НГУ, Института цитологии и генетики СО РАН и Национального университета Сингапура обнаружила и исследовала уникальный механизм адаптации к холоду у растений:
17:38 28.06.2017 НГУ
- Новосибирск
Совместное открытие учёных НГУ, Института цитологии и генетики СО РАН и Национального университета Сингапура в будущем поможет растениям безболезненно переживать сибирские зимы,
12:53 28.06.2017 Sib.Fm
 
По теме
Ученые из Академгородка исследуют способности стволовых клеток восстанавливать кровоток - Газета Бумеранг Ученые Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН установили способность стволовых клеток восстанавливать кровоток в тромбированных конечностях.
14.06.2017
 
22 ноября в Новосибирском государственном техническом университете пройдет научно-практическая студенческая конференция с международным участием «Актуальные вопросы региональных и международных исследований».
21.11.2018
Открыть оригинальное изображение - Министерство образования 15 ноября 2018 года в городе Куйбышеве в рамках деятельности управления образовательной политики регионального министерства образования и Областной методической службы в сфере образования Новосибирской области прошли сем
21.11.2018
 
Сибирские ученые изучают Землю - Газета Бумеранг В Академгородке открылась IX Сибирская конференция молодых ученых по наукам о Земле Сибирские конференции молодых ученых регулярно проходят в новосибирском Академгородке, начиная с 2002 года.
21.11.2018 Газета Бумеранг
Открыть оригинальное изображение - Министерство образования 15 ноября 2018 года в городе Куйбышеве в рамках деятельности управления образовательной политики регионального министерства образования и Областной методической службы в сфере образования Новосибирской области прошли сем
21.11.2018 Министерство образования
В день рождения двух Михаилов – Ломоносова и Лаврентьева – в Академгородке традиционно проходит таинство посвящения, после которого просто ученики СУНЦ НГУ становятся физматшкольниками.
19.11.2018 Газета Навигатор
После аварии на месте видели три экипажа скорой помощи - НГС.Новости После аварии на месте видели три экипажа скорой помощи Утром в среду, 21 ноября, автобус ПАЗ врезался в стоявшую у обочины фуру на дороге под Новосибирском — на месте работало несколько машин скорой помощи.
21.11.2018 НГС.Новости
Артем Находкин.JPG - Газета Бумеранг Детский репертуар «Красного факела» пополнился спектаклем о приключениях Красного Шарика 15 ноября маленьким зрителям и их родителям Новосибирский государственный академический театр «Красный факел» подарил удивительн
21.11.2018 Газета Бумеранг
А1.jpeg - Газета Бумеранг Театральный семейный проект стартовал в Новосибирске 13 ноября в Новосибирском областном театре кукол было положено начало необычному театральному проекту, в который входят спектакли на психологические темы.
21.11.2018 Газета Бумеранг
У книжной полки - Газета Бумеранг Уважаемые читатели, представляем вашему вниманию новинки художественной литературы, поступившие в муниципальные библиотеки Советского района.
21.11.2018 Газета Бумеранг
Директор ДК «Приморский» победила в региональном конкурсе руководителей Лариса Фишер, директор МБУК ДК «Приморский», что на ОбьГЭСе,
21.11.2018 Газета Бумеранг
Лилия Некрасова - Законодательное собрание Строительство современного спортивного комплекса в Сузуне проходит под контролем и при полной поддержке депутатов Законодательного собрания.
20.11.2018 Законодательное собрание
«Кубок Первой Сборной» - Газета Бумеранг На ОбьГЭСе пройдет Фестиваль боевых единоборств, посвященный 100-летию Военной Контрразведки 24-25 ноября ДЮСШ «Энергия» состоится II фестиваль боевых единоборств «Кубок Первой Сборной»,
21.11.2018 Газета Бумеранг
Итоги ЧиП НСО по акробатическому рок-н-роллу - Управление физкультуры и спорта г.Новосибирска 18 ноября 2018 года в спортивном комплексе «Ника» состоялся открытый чемпионат и первенство Новосибирской области по акробатическому рок-н-роллу.
20.11.2018 Управление физкультуры и спорта г.Новосибирска
Первенстве Новосибирской области по баскетболу среди девушек 2005-2006 г.р.
21.11.2018 Газета Бумеранг
Вечером 16 ноября в Доме ученых СО РАН прошли три мероприятия. Гости могли побывать на всех встречах, поучаствовать в обсуждении докладов и презентаций и даже спеть на сцене Малого зала ДУ вместе с новым музыкальным коллективом.
19.11.2018 Газета Навигатор
После аварии на месте видели три экипажа скорой помощи - НГС.Новости После аварии на месте видели три экипажа скорой помощи Утром в среду, 21 ноября, автобус ПАЗ врезался в стоявшую у обочины фуру на дороге под Новосибирском — на месте работало несколько машин скорой помощи.
21.11.2018 НГС.Новости
В тушении пожара участвовали 24 человека и несколько единиц техники Днём 21 ноября в садовом обществе «Электрон» в Новосибирском районе области загорелось несколько домов и взорвался газ — спасатели присвоили пожару п
21.11.2018 НГС.Новости
Крупный пожар в садовом товариществе в Новосибирской области перекинулся на несколько строений, во время тушения произошел взрыв газа, с огнем боролись более 20 человек.
21.11.2018 МЧС Новосибирской области