Министерство науки и высшего образования
Российской Федерации

Учёные ДВФУ и ДВО РАН изучают способы снижения потерь урожая в условиях жары, холода и недостатка влаги

Молекулярные биологи Дальневосточного федерального университета и Дальневосточного отделения Российской академии наук в сотрудничестве с коллегами из Национального университета Тайваня проанализировали современное научное знание о механизмах реакции растений на разные виды стресса, спровоцированного негативными факторам окружающей среды. 

Учёные предложили биоинженерные методы, позволяющие развить в культурных растениях наследственную память о реакции на стресс и сохранить стабильность получаемого в мире урожая. Обзор на эту тему опубликован в Trends in Plant Science.

Международные команды биотехнологов уже давно принимают меры, чтобы повысить устойчивость растений к главным стрессовым факторам, влияющим на потерю урожая: жаре, холоду, недостатку/избытку света, засухе/переизбытку влаги, а также различным комбинациям этих факторов. Однако существующие методы не учитывают в полном объёме механизм сопротивления стрессу, основанный на разных вариантах межклеточной коммуникации в растительных организмах.

Исследователи из ДВФУ, ДВО РАН и Национального университета Тайваня обратили особое внимание на то, как взаимодействуют между собой главные механизмы, с помощью которых клетки растений узнают о стрессовой ситуации и реагируют на неё — сигнальные подсистемы абсцизовой кислоты (ABA) и белков теплового шока. Учёные указали, что важную роль во взаимодействии этих подсистем играют SWI/SNF белки, отвечающие за ремоделирование хроматина — основы хромосом, в которых сосредоточена подавляющая часть наследственной информации и которые предназначены для её хранения, реализации и передачи. Эти белки, в конечном счёте, могут быть вовлечены в формирование памяти растения о пережитом стрессе. Именно с ними учёные предлагают проводить биоинженерные операции для повышения стрессоустойчивости растений.

«SWI/SNF – это ремоделирующий комплекс, содержащийся во всех организмах, клетки которых имеют ядра. Эта группа протеинов отвечает за способ переупаковки ДНК в ядрах. В растениях комплекс отвечает за рост, развитие, реакцию на стресс и — вместе с сигнальными подсистемами ABA и белков теплового шока, которые он связывает, — за формирование памяти о пережитом стрессе. Мы изучили существующие по этому вопросу научные работы, и на их основе предложили несколько способов искусственно скорректировать SWI/SNF хроматин-ремоделирующие белки, а также связанные с ними  компоненты сигнальных подсистем таким образом, чтобы в растении первого и последующего поколений развивалась память о перенесённом стрессе. Таким образом, мы говорим о концепции биоинженерной памяти растений, которая позволит повысить их стрессоустойчивость», — рассказал доктор биологических наук Виктор Булгаков, член-корреспондент РАН, профессор ДВФУ, которому принадлежит концепция опубликованной статьи. Учёный добавил, что механизм памяти растений о пережитом стрессе и передача «воспоминаний» от первого к последующим поколениям на сегодняшний день ещё мало изученная область, однако исследования в этой сфере привлекают к себе всё больше внимания. 

В своей статье исследователи предупреждают об умеренности, которая необходима в биоинженерных манипуляциях со стрессоустойчивостью растений. Все методы должны максимально напоминать природную адаптацию растений к стрессу. 

«Для этого биотехнологи могут использовать самые современные технологии геномного редактирования. Например, метод CRISPR-Cas9 позволяет «подправить» функцию гена растений без привнесения в их ДНК чужеродной информации. Это значит, что в России можно полностью отказаться от продуктов ГМО в традиционном понимании этого термина. Собственно, на это и направлены работы по гранту, в рамках которого опубликована наша статья. В США продукты, созданные с применением технологии CRISPR-Cas9 признаны неотличимыми от полностью натуральных», — отметил Виктор Булгаков.

Учёные также предупреждают, что при планировании всех последующих экспериментов по улучшению стрессоустойчивости, необходимо учитывать феномен «памяти» растений. Гипотеза о том, что черты, приобретенные в одном поколении, могут передаваться следующим поколениям, была впервые высказана Ламарком в 19 веке. В начале 20-го века это побудило академика Лысенко в СССР попытаться выращивать пшеницу в неподходящем климате. Последствия этого эксперимента были разрушительны. Позже концепция наследственности приобретенных признаков рассматривалась с разумной степенью скептицизма, пока её популярность не была оживлена несколько лет назад прогрессом в области геномики и эпигенетики.

Сейчас уже достоверно известно, что предыдущее умеренное воздействие может защитить растение от стресса в будущем или способствовать его акклиматизированному состоянию, которое может сохраняться до последующего воздействия. Таким образом, широко признано, что растения обладают способностью к тому, что можно назвать памятью. 

Исследование поддержано грантами Российского научного фонда и Министерства науки и технологий Тайваня.

Дата публикации: 29.05.2019 12:08
Дата последнего изменения: 29.05.2019 12:08