Изменение климата, рост населения и стресс растений: как прокормить мир в XXI веке

Новое исследование Оксфордского университета, опубликованное в журнале eLife, проливает свет на хлоропласты растений и белки внутри них. Регуляция хлоропластных белков критически важна для развития растений и их адаптации к стрессу, и её значение растёт, поскольку растения, включая основные сельскохозяйственные культуры (пшеницу, рис, ячмень), вынуждены реагировать на меняющуюся окружающую среду.

По оценкам, урожайность «стрессированных» культур из-за меняющихся погодных условий, засухи, наводнений и экстремальных температур может снизиться на целых 70%, что окажет разрушительное воздействие на нашу способность прокормить мир. Поэтому крайне важно выводить улучшенные сорта сельскохозяйственных растений, и ключом к этому является понимание молекулярных основ устойчивости растений к стрессу.

В основе роста зелёных растений лежит фотосинтез, происходящий в хлоропластах. Для своей работы хлоропласты импортируют тысячи белков через специализированный аппарат — TOC-комплекс. Недавние исследования показали, что при стрессе этот комплекс быстро разрушается по механизму CHLORAD, чтобы защитить клетки, ограничив фотосинтез, который в неблагоприятных условиях может производить токсичные побочные продукты.

В данном исследовании учёные выяснили, подвергается ли TOC-комплекс также SUMOилированию (SUMO — ещё один небольшой регуляторный белок, похожий на убиквитин), и какова функция этого процесса. Оказалось, что SUMOилирование TOC-комплекса также запускает его разрушение и важно для роста и развития растений. Это указывает на сходство действия SUMO с механизмом CHLORAD в данном контексте.

Более того, сходство с CHLORAD предполагает, что SUMOилирование регулирует активность самого пути CHLORAD. Это особенно важно, поскольку SUMOилирование известно как процесс, индуцируемый различными формами стресса окружающей среды и являющийся ключевым фактором адаптации растений.

«Было удивительно, когда несколько лет назад была открыта роль убиквитинирования и CHLORAD, а эта новая роль SUMO только добавляет интриги», — отмечает профессор Пол Джарвис.

Основываясь на этих открытиях, исследователи сейчас изучают, как можно манипулировать путём CHLORAD для повышения продуктивности сельскохозяйственных культур. Лучшее понимание регуляции импорта белков в хлоропласты и пути CHLORAD, достигнутое благодаря новым данным, поможет в этих усилиях.