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
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
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

Ещё новости о событии:

Новосибирские ученые вместе с коллегами из Сингапура обнаружили уникальный механизм адаптации растений к холоду - НГУ
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 - Новосибирск
 
По теме
Как записать ребенка в 1 класс? - Мошковский район С 1 апреля 2024 года начинается прием заявлений в 1 класс. Самый простой способ подать заявление – направить через портал Госуслуги.
Мошковский район
На благо избирателей - Газета Степная нива В ходе выездного совещания комитета Законодательного Собрания Новосибирской области по бюджетной, финансово-экономической политике и собственности депутаты работали в Карасукском, Купинском и Баганском районах.
Газета Степная нива
Разнообразие талантов - Газета Новосибирский район - территория развития В Доме детского творчества «Мастер» 22 марта состоялся предпоследний этап открытого конкурса «Ученик года».
Газета Новосибирский район - территория развития
Житель города Бердска предстанет перед судом по обвинению в убийстве родственника - Следственный комитет фото СУ СК РФ по Новосибирской области Следственным отделом по городу Бердск следственного управления Следственного комитета Российской Федерации по Новосибирской области завершено расследование уголовного дела в отно
Следственный комитет
Делаем всё возможное - ГБУЗ НСО ГНОКБ За два года, в течение которых на базе Новосибирской областной больницы работает детское онкологическое отделение, 11 маленьких пациентов прошли процедуру заместительной почечной терапии - гемодиализ.
ГБУЗ НСО ГНОКБ
Что приносит почтальон - Черепановская ЦБС       28 марта в Городской библиотеке побывали ребята из детского сада «Колокольчик» на завершающем мероприятии "Недели детской книги".
Черепановская ЦБС
Искусство на все времена - Газета Ведомости Выставка Рубенса в художественном музее, спектакль «Три мушкетёра» в «Глобусе», фильм «Летучий голландец» в кинотеатрах города.
Газета Ведомости