Такой подход позволяет растениям выдерживать переохлаждение и быстрее восстанавливаться при улучшении погоды. Открытие и понимание этого подхода к выживанию может проложить путь к разработке новых стратегий для улучшения роста и урожайности сельскохозяйственных культур, которые подвергаются такому экологическому стрессу.
Исследование, проведенное доцентом Сюй Цзянь из отдела биологических наук факультета естественных наук США, проводилось с использованием небольшого цветкового растения, называемого кресс-салатом, в научном смысле известного как арабидопсис. Это растение является членом семейства Brassicaceae, и его родственники включают зелень горчицы, капусту и капусту.Исследование проводилось в сотрудничестве с учеными Новосибирского государственного университета, и результаты были опубликованы в онлайн-выпуске журнала Cell 22 июня 2017 года.Жертвенный механизм растений
Исследования показали, что температура может вызывать повреждение дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) растительных клеток и оказывает сильное влияние на развитие и рост растений. Однако его влияние на поведение и активность стволовых клеток растений до сих пор недостаточно изучено.
"Изучение корней растений до недавнего времени в значительной степени игнорировалось сельскохозяйственными исследователями в области улучшения сельскохозяйственных культур. Изучение корней важно, поскольку они служат основным связующим звеном между растением и его почвенной средой и отвечают за поглощение воды и питательных веществ — обоих ресурсов. которые имеют решающее значение для выживания растений », — сказал ассистент профессор Сюй, который также является сотрудником Центра биологических исследований при NUS.
Исследовательская группа провела эксперименты с корнями арабидопсиса, растения, часто используемого в качестве «модельного организма» в биологии растений, и в 2000 году его геном был полностью секвенирован. Чтобы исследовать влияние низкой температуры на развитие и рост корней, команда использовала Ниша стволовых клеток корня арабидопсиса как экспериментальная модель для проведения углубленных исследований с высоким пространственным и временным разрешением.
Использование таких экспериментальных моделей позволяет глубже понять стратегии выживания, которые используют растения, когда шансы против них.Исследовательская группа обнаружила, что низкая температура в четыре градуса по Цельсию приводит к повреждению ДНК в корневых стволовых клетках арабидопсиса, а также в их ранних потомках. Однако преимущественно умирают только дочерние стволовые клетки колумеллы, и гибель этих дочерних клеток позволяет поддерживать функциональную нишу стволовых клеток.
С другой стороны, ингибирование реакции на повреждение ДНК в этих дочерних клетках предотвращает их гибель. Тем не менее, это увеличивает вероятность того, что другие стволовые клетки в нише корневых стволовых клеток умрут из-за холода, что приведет к гибели растения.
Доктор Хун Цзин Хан, который является первым автором исследования, пояснил: «Жертвенный механизм улучшает способность корня противостоять другим стрессам, связанным с низкой температурой. Когда оптимальная температура восстанавливается, стволовые клетки растений могут делиться с большей скоростью, что, в свою очередь, улучшит восстановление и выживаемость растения ». Д-р Хун провела исследование в рамках своей докторской диссертации под руководством профессора Сюя Ассиста.Исследование было поддержано Национальным исследовательским фондом Сингапура и Министерством образования Сингапура.
Инженерная холодоустойчивость растений"Наше открытие того, как растение арабидопсис уничтожает своих дочерних стволовых клеток колумеллы, пролило свет на уникальную стратегию этого растения по выживанию в суровых погодных условиях и продемонстрировало потенциал инженерной устойчивости растений к холоду, помогающей им выдерживать суровые условия окружающей среды. это, безусловно, позволит фермерам продлить вегетационный период сельскохозяйственных культур и площадь земель, на которых они будут выращиваться, что повысит как стабильность урожайности, так и производственную мощность », — сказал ассистент профессор Сюй.Следующим шагом профессора Сюя и его команды будет раскрытие сети регуляции генов, которая лежит в основе успешной адаптации растений и их стволовых клеток к холодным условиям.