Европейские молекулярные биологи выяснили, как растения распознают повышение температуры и изменяют характер своего роста. Исследователи обнаружили в структуре белка COP1 своеобразный молекулярный переключатель, который реагирует на тепло изменением пространственной формы. Открытие может помочь в создании сельскохозяйственных культур, лучше приспособленных к потеплению климата.
Результаты исследования международной группы под руководством профессора Филипа Вигге из немецкого Института садоводческих наук имени Лейбница (IGZ) опубликованы в научном журнале Cell. В работе также участвовали специалисты Института молекулярной физиологии растений Общества Макса Планка и шведского Каролинского института.
Учёные исследовали белок COP1, который участвует в управлении ростом и развитием растений, объединяя сигналы света и температуры. Его задача — взаимодействовать с другими белками и направлять некоторые из них на разрушение, изменяя тем самым активность клеточных механизмов.
Эксперименты на резуховидке Таля (Arabidopsis thaliana) показали, что способность COP1 реагировать на тепло заключена непосредственно в его молекулярной структуре.
При более низкой температуре белок преимущественно находится в закрытом, менее активном состоянии. Небольшой участок его молекулы, содержащий две аминокислоты — валин и пролин, — взаимодействует с другим участком того же белка, известным как домен WD40. Такая внутренняя связь ограничивает доступ остальных белков к месту связывания.
Когда температура повышается, взаимодействие ослабевает, а молекула принимает более открытую форму. Это позволяет COP1 активнее связываться с другими белками, в том числе с регулятором роста HY5, и направлять их на разрушение. В результате тормозящее действие HY5 уменьшается, а рост растения активизируется.
Исследователи смогли изменить температурную чувствительность этого механизма, воздействуя на участок молекулы, отвечающий за её переход между двумя состояниями. Так было установлено, что реакция растения на потепление зависит не только от внешних сигналов, но и от физических свойств самого белка.
Сравнение COP1 у разных видов растений выявило ещё одну закономерность. У видов, приспособленных к более прохладному климату, этот белок оказался более гибким и чувствительным к температурным изменениям. У растений из жарких регионов его структура в среднем менее подвижна.
Руководитель исследования Филип Вигге подчеркнул, что изменение климата уже влияет на урожайность, а понимание того, как клетки воспринимают температуру, становится всё важнее для сельского хозяйства.
Для сельского хозяйства открытие представляет интерес прежде всего как основа будущих методов управления температурной реакцией культурных растений. Изменяя свойства COP1, исследователи потенциально смогут влиять на то, при каком потеплении активизируются определённые механизмы роста.
Пока эксперименты проведены главным образом на модельном растении. Возможность применения открытого механизма для повышения устойчивости сельскохозяйственных культур к жаре ещё предстоит проверить.
