Открытие проливает свет на реакцию растений на повышенный уровень CO₂

Биологи из Калифорнийского университета в Сан-Диего раскрыли давнюю загадку о том, как растения уменьшают количество дыхательных пор (устьиц) в ответ на рост концентрации углекислого газа в атмосфере. В статье, опубликованной в раннем онлайн-выпуске журнала Nature, они сообщают об открытии нового генетического пути у растений, состоящего из четырех генов трех разных семейств, которые контролируют плотность устьиц в листьях при повышенном уровне CO₂.

Это открытие поможет лучше понять, как постоянно растущий уровень CO₂ в атмосфере (который прошлой весной впервые в истории наблюдений оставался выше 400 ppm) влияет на способность растений и экономически важных сельскохозяйственных культур справляться с тепловым стрессом и засухой. Оно также может дать ученым-аграриям новые инструменты для создания растений и культур, устойчивых к засухам и высоким температурам, подобным тем, что сейчас наблюдаются на юго-западе США.

«За каждую молекулу CO₂, усвоенную растением в процессе фотосинтеза, растения теряют около 200 молекул воды через устьица, — объясняет профессор биологии Джулиан Шрёдер, руководивший исследованием. — Поскольку повышенный уровень CO₂ снижает плотность устьиц, это, на первый взгляд, выгодно для растений, так как они теряют меньше воды. Однако сокращение числа устьичных пор снижает способность растений охлаждать листья во время жары за счет испарения воды. Меньшее испарение усиливает тепловой стресс у растений, что в конечном итоге влияет на урожайность».

Исследуя модельное растение Arabidopsis, ученые обнаружили, что кодируемые четырьмя генами белки подавляют развитие устьиц при повышенном уровне CO₂. Они выявили, что при росте концентрации CO₂ растения усиливают экспрессию ключевого пептидного гормона EPF2 (Epidermal Patterning Factor-2). Для его активации необходим белок-протеаза, который исследователи назвали CRSP (CO₂ Response Secreted Protease).

«CRSP играет ключевую роль, позволяя растению производить нужное количество устьиц в ответ на концентрацию CO₂ в атмосфере, — говорит первый автор исследования Кавас Инджинир. — Такой механизм "ощущения и реакции" с участием CRSP и EPF2 можно использовать для выведения сортов сельскохозяйственных культур, лучше приспособленных к текущим и будущим условиям с высоким уровнем CO₂ и сокращающимися запасами пресной воды для орошения».