|
От способности растений выдерживать неблагоприятные погодные условия зависит урожайность сельскохозяйственных культур. Ученые повышают холодоустойчивость у растений, изучая молекулярные механизмов их адаптации к неблагоприятным факторам среды и призвав на помощь генную инженерию.
Специалисты Института физиологии растений им. К. А. Тимирязева РАН совместно с зарубежными учеными разработали теорию, согласно которой холодоустойчивость растений зависит от физического состояния клеточных мембран, и получили на основе этой теории трансгенные растения табака, обладающие повышенной устойчивостью к низким температурам.
Даже такому теплолюбивому растению, как табак, после введения гена десатуразы холода будут не страшны (фото с сайта www.regals.net)Ученые проводили исследования как на высших растениях, так и на модельных микроорганизмах — цианобактериях. При понижении температуры окружающей среды мембраны клеток становятся более вязкими. Этот процесс чем-то напоминает застывание масла на холоде. В состав клеточных мембран входят жирные кислоты, они-то и становятся более плотными. В вязкой среде плохо работают мембранные белки, в том числе те, которые участвуют в процессах дыхания и фотосинтеза. Если растение не сможет своевременно восстановить текучесть клеточной мембраны, оно просто погибнет.
«Разжижают» мембрану специальные ферменты — десатуразы. В цепях жирных кислот они образуют дополнительные двойные связи. Чем больше таких связей, тем выше текучесть мембраны. (Здесь опять можно вспомнить растительное масло: оно состоит из жирных кислот с ненасыщенными двойными связями, поэтому имеет жидкую консистенцию в отличие от твердого маргарина, состоящего в основном из насыщенных жирных кислот.) Когда специальные сенсорные белки, расположенные в мембране, улавливают ее загустение, они с помощью сигнала включают дополнительный синтез десатураз, которые восстанавливают текучесть мембраны и физиологическую активность клетки.
|
Исследователи решили использовать это свойство десатураз для создания растений, устойчивых к низким температурам. Они клонировали ген десатуразы из цианобактерии Cynechococcus vulkanus и ввели его в клетки теплолюбивого табака, в норме не способного расти при низких температурах. Полученные трансгенные растения обладали повышенным содержанием полиненасыщенных жирных кислот и ярко выраженной холодоустойчивостью — хорошо росли даже при температуре 5°С. Холодоустойчивость трансгенного табака наследуется в поколениях и распространяется на все органы растений — корни, листья и семена.
Несмотря на впечатляющие успехи в познании молекулярных механизмов холодоустойчивости, ученые постигли еще далеко не все тонкости. Они надеются, что смогут полностью понять, каким образом организмы отвечают на изменения окружающей среды, и тогда у них будет больше возможностей защитить экономически важные растения от всяких катаклизмов.
