Ученые раскрыли механизм защиты растений от засухи

Растение арабидопсиса дикого типа (слева) и генетически модифицированное (справа) после засухи. Автор: Heidelberg University/COS

Неизвестный ранее молекулярный механизм помогает растениям экономить воду в условиях экстремальной засухи и интенсивного солнечного света. Исследовательская группа из Центра изучения организмов Гейдельбергского университета (COS) в сотрудничестве с партнерами из Нанкинского сельскохозяйственного университета (Китай) обнаружила, что белковый комплекс — цистеинсинтазный комплекс — служит сенсором в хлоропластах. Он принимает и передает стрессовые сигналы и обеспечивает образование гормона абсцизовой кислоты через биосинтез. Этот гормон запускает закрытие крошечных пор на листьях, предотвращая таким образом потерю воды.

Для растений периоды засухи и интенсивного солнечного света часто означают чрезмерную потерю воды. Для контроля обмена воздуха и водяного пара на поверхности листьев растений имеются микроскопические поры, которые действуют как вентиляционные отверстия. Гормон растений абсцизовая кислота (ABA) в основном отвечает за закрытие этих пор.

Для активации замыкающих клеток цистеинсинтазный комплекс в хлоропластах, состоящий из двух ферментов, оценивает ряд сигналов. Среди них — сигнал о питательном сульфате и небольшая белковая молекула, которые транспортируются из корней в побеги при пересыхании почвы.

Исследователи из Гейдельбергского университета также обнаружили определенный растительный гормон, индуцируемый сильной интенсивностью света. Их исследование опубликовано в журнале Nature Communications.

«Когда цистеинсинтазный комплекс в хлоропластах активируется одним из этих стрессовых сигналов, он стимулирует биосинтез ABA в замыкающих клетках и обеспечивает закрытие пор на листьях. Таким образом растение сохраняет воду», — объясняют профессор д-р Рюдигер Хелл и д-р Маркус Виртц из исследовательской группы «Молекулярная биология растений» в COS.

Схематическая диаграмма, показывающая критическую роль pCSC в интеграции стресса от засухи и сильного света. Автор: Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-64705-3

«Наши результаты показывают, что метаболизм хлоропластов не только обеспечивает строительные блоки посредством фотосинтеза, но и активно реагирует на стрессовые сигналы, тонко настраивая реакции растений на такие условия окружающей среды, как засуха».

На основе этих открытий исследователи смогли создать растение арабидопсиса — модельный организм молекулярной биологии из семейства капустных — которое более эффективно переносит обезвоживание почвы, сохраняя при этом рост. Для исследователей это подход к разработке новых стратегий повышения устойчивости сельскохозяйственных культур перед лицом изменения климата.

Арабидопсис (резуховидка Таля) — одно из наиболее изученных растений в мире, которое служит моделью для исследований в генетике и физиологии растений. Открытие механизмов устойчивости к засухе у таких модельных организмов может иметь важное значение для создания более выносливых сортов пшеницы, риса и других сельскохозяйственных культур.