Учёные открыли белок, который помогает растениям выживать в засуху

Неожиданный белок в растениях помогает им удерживать воду во время засухи, контролируя закрытие устьиц. Без него растения с трудом переносят сухие условия. Фото: Shutterstock

С усилением глобального потепления и изменением климата засуха стала серьёзной угрозой для сельского хозяйства, влияя на урожайность и продовольственную безопасность. Чтобы выжить в таких условиях, растения выработали несколько стратегий. Одна из них — «закрытие устьиц»: крошечные поры на поверхности листьев, отвечающие за газообмен, закрываются, чтобы уменьшить потерю воды. Этот процесс регулируется гормоном абсцизовой кислоты (АБК), который играет ключевую роль в механизмах стрессового ответа растений.

Хотя роль АБК в реакции на засуху хорошо изучена, исследователи обнаружили неожиданного участника этого процесса — миозин XI, моторный белок, традиционно известный своей ролью в транспортировке клеточных компонентов. Чтобы изучить этот феномен, команда учёных под руководством профессора Мотоки Томинаги из Университета Васэда (Япония) провела исследование, чтобы выяснить, действительно ли миозин XI участвует в реакции растений на засуху, и раскрыть механизмы этого процесса. «Хотя предыдущие исследования предполагали возможное участие миозина XI в реакции на стресс засухи, лежащие в основе механизмы оставались неясными», — поясняет Томинага. Результаты исследования были опубликованы 19 июня 2025 года в 44-м выпуске журнала Plant Cell Reports. Соавтором исследования стал аспирант Хайян Лю, также из Университета Васэда.

Учёные использовали растение Arabidopsis thaliana (резуховидка Таля) в качестве модели для изучения роли миозина XI в реакции на засуху. Они работали с генетически модифицированными растениями, у которых отсутствовали один, два (2ko) или все три (3ko) основных гена миозина XI. Эти растения сравнивали с дикими сортами в ходе нескольких тестов, включая анализ выживаемости при засухе, измерение потери воды, анализ устьичных отверстий и чувствительности к АБК. Также измерялось производство активных форм кислорода (АФК), визуализировались микротрубочки с помощью флуоресцентных маркеров и отслеживалась экспрессия генов, реагирующих на АБК, с помощью qRT-PCR. Такой комплексный подход позволил оценить вклад миозина XI в устойчивость растений к засухе и передачу сигналов АБК.

Результаты оказались впечатляющими. Растения без миозина XI, особенно мутанты 2ko и 3ko, демонстрировали более высокую потерю воды, нарушенное закрытие устьиц и худшую выживаемость в условиях засухи. Они также были менее чувствительны к АБК, что проявлялось в более высокой скорости прорастания семян и меньшем подавлении роста корней при обработке гормоном. На клеточном уровне у этих мутантов наблюдалось снижение выработки АФК, а также нарушение ремоделирования микротрубочек — оба процесса критически важны для закрытия устьиц под действием АБК. Экспрессия ключевых стресс-регулирующих генов также снижалась, что указывает на регуляторную роль миозина XI в передаче сигналов АБК.

Эти открытия показывают, что миозин XI — не просто транспортный белок, а активный участник защиты растений от засухи, координирующий сигнализацию АФК, ремоделирование микротрубочек и активацию генов в замыкающих клетках устьиц. Это позволяет растениям эффективнее закрывать устьица и сохранять воду. «Было обнаружено, что у мутантов по миозину XI скорость потери воды во время засухи в четыре раза выше, чем у диких растений», — отмечает Томинага. «Это открытие даёт новый взгляд на то, как растения адаптируются к изменениям окружающей среды».

Исследование представляет несколько важных прорывов и открывает новые направления для научной работы. Оно раскрывает ранее неизвестную роль миозина XI в реакции растений на абиотический стресс, углубляя понимание того, как внутриклеточные транспортные системы помогают адаптации к окружающей среде. Кроме того, оно указывает на перспективную молекулярную мишень для повышения устойчивости сельскохозяйственных культур к засухе.

«Это открытие может продвинуть фундаментальные исследования о том, как растения реагируют на стресс, и способствовать разработке технологий, повышающих эффективность использования воды у культур, выращиваемых в засушливых регионах», — говорит Томинага. «Мы планируем продолжать исследования, чтобы эти знания можно было применить в сельскохозяйственных технологиях, помогающих фермерам справляться с изменением климата».

В целом, исследование выявляет миозин XI как ключевого игрока в реакции растений на засуху, связывая клеточные транспортные механизмы с гормональной сигнализацией. По мере усиления климатических изменений подобные открытия предлагают перспективные пути для создания устойчивых и водоэффективных сельскохозяйственных культур в меняющемся мире.

Источники:

Материалы предоставлены Университетом Васэда.

Haiyang Liu, Motoki Tominaga. Myosin XI coordinates ABA-induced stomatal closure via microtubule stability and ROS synthesis in drought-stressed Arabidopsis. Plant Cell Reports, 2025; 44 (7) DOI: 10.1007/s00299-025-03538-2