Летний сон: как семена переходят в спячку, чтобы бороться с суровыми условиями

Важные новости

Летний сон: как семена уходят в спячку, чтобы бороться с суровыми условиями

Графический реферат. Фото: Современная биология (2024 г.). DOI: 10.1016/j.cub.2024.05.043

Растения — это очень универсальные организмы, которые разработали замечательные стратегии адаптации к различным условиям окружающей среды. Одной из таких стратегий является покой семян, адаптация, которая временно предотвращает прорастание жизнеспособных семян даже в оптимальных условиях, когда последующее развитие рассады сопряжено с высоким риском.

В средиземноморском климате, таком как Кипр, лето может быть чрезмерно суровым, с очень высокими температурами и сухой местностью. В таких регионах проращивание в летние месяцы может подвергнуть рассаду потенциально смертельному воздействию. Кипрский подвид Aethionema arabicum разработал удивительную адаптацию, предотвращающую прорастание семян до или во время жарких и засушливых летних месяцев.

Жужанна Мерай, научный сотрудник группы Лиама Долана и ранее работавшая в группе Ортруна Миттельстена Шайда в GMI, теперь описала молекулярную основу этой адаптации в своем исследовании, опубликованном в Current Biology.< /p>

Да будет свет: длинные дни вызывают вторичный покой семян

В прошлом году группа исследователей под руководством Жужанны Мерай описала, что прямое воздействие света может подавлять прорастание семян Aethionema arabicum. В своем новом исследовании команда изучала, может ли воздействие света привести к долгосрочному подавлению прорастания, известному как вторичный покой.

Интересно, что команда обнаружила, что вторичный период покоя зависит от продолжительности ежедневного воздействия света. «Этот механизм имеет большой смысл: продолжительность дня — гораздо более стабильное состояние, чем температура или влажность, которые могут значительно меняться изо дня в день», — объясняет Мерай. Действительно, летом дни становятся длиннее, что приводит к тому, что семена дольше подвергаются воздействию света.

«Семена Aethionema используют эту информацию для прорастания ранней весной, когда погодные условия идеальны для развития рассады», — говорит Мерай. «Когда дни становятся слишком длинными, это сигнализирует семенам о том, что приближается лето, и они больше не должны прорастать».

Исследователи обнаружили, что воздействие на семена 16 часов света в день приводило к длительному подавлению прорастания, сохранявшемуся даже при отсутствии света. «Даже если мы снова поместим семена в темные условия, они не прорастут, потому что запомнят, что условия были неподходящими для прорастания», — резюмирует Мерай.

Ключевая роль RGL2 в состоянии покоя, вызванного светом.

Хотя вторичный покой был известным явлением, то, как этот процесс индуцируется на молекулярном уровне, еще не было описано. Проведя скрининг библиотеки мутированных семян, у которых не удалось установить вторичный покой, исследователи определили белок RGL2 как основной регулятор установления вторичного покоя.

«Семена с мутациями в гене RGL2 по-прежнему ингибируются светом, но только на короткое время. При отсутствии RGL2 вторичная индукция покоя невозможна», — объясняет Мерай. Чтобы лучше понять этот процесс, исследователи изучили, какие пути регулируются RGL2.

«Мы идентифицировали 3300 генов, которые связаны с вторичным покоем, включая гены с повышенной регуляцией, способствующие покою, и негативные регуляторы покоя, активность которых снижается. », — добавляет Мераи.

Гормональный баланс

Предыдущие исследования показали, что период покоя возникает в результате взаимодействия между растительным гормоном, способствующим покою, называемым абсцизовой кислотой (АБК), и гормоном, подавляющим покой, под названием гиббереллин (ГА). Как и ожидалось, исследователи заметили, что RGL2 подавляет выработку ГК и увеличивает биосинтез АБК в семенах, подвергающихся воздействию света.

Однако группа сделала поразительное открытие: только один из гормонов необходим для индукции вторичного покоя. «Мы обнаружили, что искусственное снижение уровня ГК вызывает покой семян, а повышение уровня АБК — нет», — объясняет Мерай.

От лаборатории к полю: использование адаптации к жаре для повышения устойчивости сельскохозяйственных культур

Эти результаты проливают свет на то, как некоторые растения адаптируют свои модели прорастания, чтобы избежать суровых летних условий – процесс, противоположный каноническим моделям, в которых свет вызывает прорастание. «Похоже, что некоторые растения изменили всхожесть, чтобы адаптироваться к определенному климату», — отмечает Мерай.

Интересно, что команда показала, что летняя жара и засуха являются ключевыми факторами, заставляющими семена выйти из состояния покоя. «Имитация лета путем обезвоживания семян до температуры выше 40 градусов облегчает период покоя, и семена могут прорасти, когда условия снова станут благоприятными», — объясняет Мерай.

Исследователи намерены изучить, используют ли другие растения аналогичные системы для выращивания растений. адаптироваться к суровому климату. Если это так, то их открытие может иметь важные последствия для посева сельскохозяйственных культур, а также открыть потенциальный путь к инженерной адаптации прорастания у других видов, говорит Мерай. «Наши результаты могут быть применены для создания новых культур, которые лучше адаптированы к более теплому климату и постоянно повышающимся температурам», — добавляет он.

Дополнительная информация: Жужанна Мерай и др., Длинные дни вызывают адаптивный вторичный покой у семян средиземноморского растения Aethionema arabicum, Current Biology (2024). DOI: 10.1016/j.cub.2024.05.043

Информация журнала: Современная биология

Предоставлено Институтом молекулярной биологии растений Грегора Менделя

Новости сегодня

Последние новости