Фото: із відкритих джерел
Після нетривалого, неушкоджувального похолодання молоді рослини пшениці легше витримують наступний сильніший холодовий стрес. Дослідники пов’язують цей ефект із епігенетичними мітками на гістонах, які «підготовлюють» роботу стресових генів ще до повторного похолодання.
Про це повідомляє сайт Аграрії разом з посиланням на сайт Global Agriculture.
Пшениця здатна формувати своєрідну «пам’ять» про холодовий стрес: якщо рослина вже пережила перший, м’який холодовий вплив, то під час другої, сильнішої хвилі холоду вона демонструє кращу стійкість. Про це йдеться в дослідженні Нанкінського аграрного університету (Китай), опублікованому онлайн 21 жовтня в журналі The Crop Journal.
Автори роботи — дослідники Сяо Ван і Дун Цзян — намагалися пояснити явище, відоме в фізіології рослин як cold priming: попередній «тренувальний» холодовий сигнал підвищує готовність рослини до подальшого стресу.
Як проводили експеримент
У досліді молоді проростки пшениці спочатку піддавали короткому, нелетальному періоду холоду. Після цього рослини повністю відновлювали за нормальних умов, а далі їх знову піддавали сильнішому охолодженню. Результати порівнювали з контролем — сіянцями, які не проходили першу «м’яку» холодову фазу.
Стан рослин оцінювали за кількома показниками:
- робота фотосинтетичного апарату, зокрема фотосистеми II;
- накопичення перекису водню (H2O2) у листках як маркера стресового ушкодження клітин;
- рівень збережених антиоксидантних захисних ресурсів.
За даними авторів, «праймовані» рослини під час другої хвилі холоду зберігали кращу роботу фотосистеми II, мали менше накопичення H2O2 і вищі залишкові рівні антиоксидантів, ніж непраймовані.
Епігенетичні «закладки» в хроматині
Окрім фізіологічних показників, команда відстежувала активність генів і хімічний стан гістонів — білків, навколо яких упакована ДНК у клітині. Ключовими маркерами стали дві модифікації гістонів: H3K4me3 та H3K27me3. У загальному вигляді перша асоціюється з «готовністю» генів до активного зчитування, а друга — з їх пригніченням.
Як описано в матеріалі, під час періоду відновлення між двома холодовими подіями у низки стрес-асоційованих генів (зокрема пов’язаних із синтезом жасмонової кислоти, реакцією теплового шоку та фолдингом білків) відбувалися зсуви в цих гістонових мітках ще до того, як фіксувалися помітні зміни в рівні зчитування відповідних генів. Дослідники трактують такі ранні хімічні зміни як «молекулярні закладки», що дозволяють геному швидше реагувати, коли холод повертається.
Що це може означати для селекції
Окремо автори звертають увагу на різницю в реакції систем, пов’язаних із фотосинтезом. Коли непраймовані рослини стикалися з другим холодовим стресом, у них різко активувалися гени, задіяні у відновленні пошкоджених білків фотосистеми та хлоропластів — тобто рослина, за описом, «наздоганяла» ушкодження ремонтом. Натомість у праймованих рослин активація таких «ремонтних» генів була значно слабшою, але функція фотосистеми II зберігалася краще.
Це, на думку дослідників, може вказувати, що важливою частиною «пам’яті холоду» є не стільки прискорений ремонт після ушкодження, скільки попередній захист фотосинтетичного апарату завдяки перебудові хроматину (ДНК-білкового комплексу, який визначає доступність генів).
Обмеження та наступні кроки
У публікації підкреслено, що робота виконана на сіянцях у контрольованих умовах, без польових випробувань. Також дослідження не перевіряло, чи можна цю «праймінгову» реакцію цілеспрямовано закріпити в сортах або відтворити через обробку насіння чи агрономічні практики; автори не наводять конкретних показників урожайності або відсотків виживання.
Наступним кроком команда називає вивчення того, як сигнали з хлоропласта (де відбувається фотосинтез) взаємодіють із механізмами регуляції хроматину в ядрі клітини, щоб координувати цю «пам’ять».