У ході досліджень, проведених у Центрі Джона Іннеса (Велика Британія), вчені визначили деталі механізму морозостійкості, який знаходиться під контролем біологічного годинника рослин.
«Ми визначили особливості процесу, що допомагає рослинам переносити холод. Він контролюється біологічним годинником рослин, і ми думаємо, що це особливо важливо холодним та сонячним ранком, – розповідає професор Ентоні Додд, керівник дослідження. – Такі культури, як озима пшениця та озимий ріпак, під час вегетації успішно переносять низькі температури за рахунок регулювання фотосинтезу. Це є цікавим висновком для майбутньої селекції стійких до клімату культур».
Низькі температури можуть пошкодити клітини рослин, особливо у поєднанні із занадто великою кількістю світла. Дослідники ставили за мету дізнатися, як інформація про низькі температури передається хлоропластам, де проходить фотосинтез.
Хлоропласти мають свій власний невеликий геном. Протягом еволюції багато генів із хлоропластів перейшли в геном рослин, але деякі важливі гени хлоропласти залишили і собі. У дослідженні команда зосередилася на одному такому гені, який називається сигма-фактором (SIG5).
В експериментах, проведених у контрольованих лабораторних умовах, вчені регулювали умови освітлення та піддавали рослини періодам охолодження.
Видалення рослин з денного та нічного циклу дозволяє краще вивчити вільні ритми біологічного або циркадного годинника рослин. У рослин, як і у людей, годинник налаштований на 24-годинний цикл, регулюючи ряд важливих біологічних процесів.
Експерименти показали чутливість гена SIG5 до холодового впливу рано вранці, під контролем циркадного годинника.
Науковці дійшли висновку, що SIG5 діє як частина сигнальної мережі, яка пов’язує ядро клітини рослини з хлоропластами, регулюючи діяльність, яка може захистити рослину від шкідливого впливу навколишнього середовища.
«Якщо температура низька, деякі ферменти, які беруть участь у фотосинтезі, швидко руйнуються, – пояснює професор Додд. – Отже, ми вважаємо, що процес, який контролюється ядром клітини, сигналізує хлоропластам, щоб вони негайно виробляли більше цих білків.
Коли рослина одночасно «бачить» холод і світло, їй потрібно включити цей сигнальний процес від ядра до хлоропластів та випустити більше білків фотосинтезу. Роль біологічного годинника полягає в тому, щоб діяти як ворота, які або пропускають сигнал, або ні. Процес, відомий як циркадні ворота».
Рослини могли еволюціонувати, щоб особливо реагувати на світло та холод, наприклад, у весняний ранок. Адже це умови, які пошкоджують фотосинтетичну систему, і це доведено у лабораторії.
Наступний етап – подивитися, чи можна модифікувати механізм для подальшого підвищення стійкості культур до холоду та для вирощування теплолюбних рослин, таких як кукурудза, у північніших широтах.
