В Южно-Уральском государственном университете проанализировали и подтвердили на основе мировых данных, важную роль активных форм кислорода (Reactive Oxygen Species, ROS) в борьбе зерновых растений со стрессами, вызванными глобальным потеплением. Эти вещества не только вредят растению, но и запускают генетические механизмы, позволяющие колосу адаптироваться к вызовам засухи, жары и засоления почв.
Этому вопросу посвятил своё исследование молодой научный сотрудник кафедры «Пищевые и биотехнологии» Аммар Кади. Его статья опубликована в свежем номере «Вестника ЮУрГУ» (https://vestnik.susu.ru/food/article/view/15703).
Статья основана на анализе и обобщении современных международных исследований, посвящённых роли активных форм кислорода в адаптации растений к стрессам.
Речь идёт о рисе, пшенице, просе, ячмене и сорго – пищевых культурах, обеспечивающих более половины калорий, потребляемых человечеством и составляющих фундамент экономической стабильности планеты. Их урожаям угрожают засухи, засоления почв, экстремальные температуры воздуха, дефицит питательных веществ, а также действие патогенов и вредителей – все эти факторы так или иначе связаны с процессом глобального потепления.
Когда растение испытывает стресс, в хлоропластах и митохондриях его клеток начинает накапливаться ROS – избыточный активный кислород.
Примеры активных форм кислорода (ROS): cупероксид-анион, перекись водорода, гидроксильный радикал, синглетный кислород.
Избыток активных форм кислорода приводит к окислительному повреждению липидов, нуклеиновых кислот и белков, в результате разрушая всю клетку. Растение замедляет рост и старается усиленно «дышать», то есть поглощать углекислый газ и выделять кислород, однако из-за засухи процесс ассимиляции углекислого газа внутри растения тоже замедляется. Результат – потеря урожая.
ROS – не только вредное для растения вещество, но и сигнал тревоги. Его уровень тесно связан с уровнем фитогормонов. Кроме того, ROS управляет эпигенетической сетью, регулирующей экспрессию генов, и таким образом адаптирующей не только само растения к условиям засухи, но и его потомство, что в перспективе закладывает основу засухоустойчивого сорта.
Как это происходит? Аммар Кади и его коллеги показали на основе анализа публикаций, что ROS вызывает модификацию гистонов – белков, упаковывающих ДНК. Эти изменения создают «стрессовую память», что позволяет растению быстрее и эффективнее реагировать на повторяющиеся стрессы.
В результате, например, у риса избыток ROS запускает окислительный сигнал, активирующий гены устойчивости к засухе. У пшеницы засуха повышает уровень перекиси водорода, что усиливает экспрессию генов, защищающих фотосинтетический аппарат.
Фактор активных форм кислорода ROS важно учитывать при создании новых сортов и при планировании посевов в условиях засухи, роста температур и засоления почв – последствий глобального потепления.
Исследования выполнены при финансовой поддержке гранта Российского научного фонда (РНФ) в рамках проекта 24-16-20028.
Остап Давыдов