Ученые Калифорнийского университета в Риверсайде значительно продвинулись в гонке за контролем реакции растений на температуру на быстро нагревающейся планете. Ключом к этому прорыву является микроРНК, молекула, которая почти в 200,000 XNUMX раз меньше толщины человеческого волоса.
При умеренном повышении температуры растения вырастают выше, чтобы избежать более горячей земли и получать более свежий воздух. Знаменательное исследование, опубликованное в журнале Природа связи демонстрирует, что микроРНК или микроРНК необходимы для этого роста. Исследование также определяет, какая микроРНК молекул— из более чем 100 возможностей — основные.
«Мы обнаружили, что без миРНК растения не будут расти, даже если мы повысим температуру, даже в присутствии добавленных гормонов роста», — сказал профессор ботаники UCR и соавтор исследования Мэн Чен.
РНК – это нуклеиновая кислота, присутствующая во всех живые клетки, и его роль заключается в том, чтобы действовать как мессенджер, передающий инструкции от клеточной ДНК для создания различных белков. МикроРНК также необходима для здорового развития биологических клеток. Он создан для связывания с определенной РНК-мишенью и предотвращения создания этой мишенью того, для чего она предназначена.
«МиРНК ингибирует выработку своей целевой РНК, вызывая расщепление своей мишени или ингибируя трансляцию своей целевой РНК в другой белок», — сказал профессор ботаники UCR и соавтор исследования Сюемей Чен.
Лаборатория Сюэмей Чена в UCR помогла обнаружить микроРНК в растениях. Лаборатория Мэн Чена ранее идентифицировала компоненты, участвующие в ранних стадиях температурной чувствительности растений. Две группы ученых объединили усилия, чтобы выяснить, может ли микроРНК, которая так важна для других формы жизни, также играет роль в температурных реакциях растений.
Для этого теста ученые смотрели только на небольшое повышение температуры с 21 до 27 градусов по Цельсию. Для справки, средняя комнатная температура составляет около 20°С. «Мы не смотрели на реакцию на стресс. Мы хотели изучить определение температуры, не поднимая его до уровня, который убил бы растения», — сказал Мэн Чен.
Исследователи взяли арабидопсис, маленькое цветущее растение, родственное горчице и капусте, и изучили мутантные формы с очень низким уровнем микроРНК. Без микроРНК мутантный арабидопсис не мог реагировать на изменение температуры, развиваясь должным образом.
Затем они провели генетический эксперимент. «Мы спросили, можем ли мы внести дополнительные мутации в мутантный арабидопсис, дефицитный в создании микроРНК, и восстановить их способность ощущать температуру», — сказал Сюэмей Чен. Второй эксперимент сработал «идеально», сказала она, и выявил ген, ответственный за восстановление уровня миРНК, а также способность растения чувствовать тепло.
Затем команда столкнулась с проблемой поиска точной микроРНК, участвующей в температурной реакции. Arabidopsis производит 140 молекул микроРНК. Ученые предполагали, что уровни ответственных молекул будут увеличиваться по мере повышения температуры, но этого не произошло.
Напоминая, что микроРНК связывается с молекулами РНК-мишенями и отключает их, команда вместо этого изучила уровни молекул РНК-мишеней, которые были разными в исходном мутантном растении арабидопсиса и во втором мутантном растении, которое они создали.
«Глядя на это, мы обнаружили, что мишени 14 микроРНК изменились, и наряду с мишенями мы также обнаружили микроРНК», — сказал Сюэмей Чен.
Определив правильные молекулы миРНК, команда, наконец, составила исчерпывающую картину температурной реакции. Он включает в себя две основные части: молекулы, которые чувствуют температуру, и ауксин, гормон, который позволяет реагировать на то, что было обнаружено, стимулируя рост растений.
«Между датчиком и ответчиком находится миРНК. Без него растения могут ощущать тепло, но не могут реагировать на него ростом. Это привратник, который может отключить или позволить растениям справляться с изменениями температуры окружающей среды», — сказал Мэн Чен.
В ходе своих экспериментов команда обнаружила, что микроРНК также необходима для реакции растений на тень, отраженную от соседних растений.
«Наше открытие соединило точки между тремя элементами, найденными во всех растениях, которые являются ключевыми для реакции растений к их среде», — сказал Мэн Чен. «Это включает в себя датчики, которые отслеживают изменения температуры и освещения, гормоны, которые стимулируют рост растений, и микроРНК, которые контролируют развитие растений».
Исследователи надеются, что их выводы могут быть использованы для повышения урожайности сельскохозяйственных культур по мере изменения климата.
«Потенциал заключается в том, что мы используем это, чтобы манипулировать реакцией растений на местные температура и световых условиях, а также контролировать их рост в различных условиях», — сказал Мэн Чен.
