Специалисты по молекулярной биологии Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) и Дальневосточного отделения РАН (ДВО РАН), объединив усилия с учеными Национального университета Тайваня, провели глубокий анализ современных представлений о том, как растения реагируют на различные стрессы, вызванные неблагоприятными условиями среды. Ученые представили инновационные биоинженерные подходы, направленные на формирование у сельскохозяйственных культур наследственной "памяти" о стрессе, что позволит гарантировать стабильность урожаев. Об этом информирует пресс-служба ДВФУ.
Поиск решения для стабильных урожаев
Биотехнологические коллективы по всему миру активно работают над повышением устойчивости растений к ключевым стрессорам, угрожающим урожаю: экстремальным температурам, нарушениям светового режима, засухе или переувлажнению, а также их сочетаниям. Тем не менее, применяемые сегодня стратегии не всегда полностью охватывают природные механизмы сопротивления, основанные на сложной межклеточной коммуникации внутри растения.
Ключевые механизмы и роль SWI/SNF
Исследователи из ДВФУ, ДВО РАН и Национального университета Тайваня сосредоточились на взаимодействии двух главных сигнальных систем, позволяющих клеткам растений распознавать стресс и отвечать на него: абсцизовой кислоты (ABA) и белков теплового шока. Они подчеркнули, что важнейшую роль в этом взаимодействии играют SWI/SNF белки. Эти белки ответственны за ремоделирование хроматина – основы хромосом, хранящих и передающих наследственную информацию. Именно SWI/SNF белки потенциально вовлечены в формирование у растения "памяти" о перенесенном стрессе.
Перспективы биоинженерии
Ученые с оптимизмом предлагают использовать эти белки в качестве мишеней для направленных биоинженерных манипуляций, таких как технологии CRISPR-Cas9. Цель таких операций – целенаправленно усилить врожденную стрессоустойчивость сельскохозяйственных растений, открывая новые горизонты для надежного производства продовольствия.
SWI/SNF: Ключевой регулятор растительной памяти и стрессоустойчивости
«Комплекс SWI/SNF — универсальный регулятор упаковки ДНК, присутствующий во всех ядерных организмах. Эта группа белков играет ключевую роль в том, как организована ДНК внутри ядра. У растений SWI/SNF напрямую влияет на рост, развитие, реакцию на стресс и, что особенно важно, совместно с сигнальными системами ABA и белков теплового шока, формирует память о пережитом стрессе. На основе глубокого анализа научных работ мы разработали подходы для направленной коррекции SWI/SNF и связанных компонентов сигнальных систем. Это позволит искусственно создать у растений память о стрессе, передающуюся потомству. Так рождается перспективная концепция биоинженерной памяти, открывающая путь к значительному повышению стрессоустойчивости культур», — поделился доктор биологических наук, профессор ДВФУ, член-корреспондент РАН Виктор Булгаков, автор концепции исследования.
Перспективы изучения растительной памяти
Учёный отметил, что механизмы запоминания растениями стресса и передачи этих «воспоминаний» следующим поколениям пока изучены недостаточно. Однако эта захватывающая область науки привлекает всё больше исследователей по всему миру, открывая огромный потенциал для сельского хозяйства.
Важность естественных подходов в биоинженерии
В статье исследователи подчеркивают важность взвешенного подхода при биоинженерном усилении стрессоустойчивости. Все предлагаемые методы должны максимально точно воспроизводить природные механизмы адаптации. Кроме того, ключевым фактором при планировании будущих экспериментов обязательно должен стать учёт феномена растительной «памяти».
CRISPR-Cas9: Прорывная технология для естественных улучшений
«Для реализации этих задач биотехнологи могут применять самые передовые методы геномного редактирования, такие как CRISPR-Cas9. Эта технология позволяет тонко "настроить" функции собственных генов растения, не добавляя чужеродную ДНК. Это открывает путь для России к созданию продуктов, свободных от ГМО в классическом понимании, что и является целью нашего грантового исследования. Знаково, что в США продукты, полученные с помощью CRISPR-Cas9, уже признаны неотличимыми от полностью натуральных», — с оптимизмом заключил Виктор Булгаков.
Ещё в XIX веке Жан-Батист Ламарк предложил удивительную идею: признаки, приобретённые организмом при жизни, могут передаваться потомкам. Эта гипотеза вдохновила учёных XX века на эксперименты по выращиванию культур в непривычных условиях, которые, к сожалению, не принесли ожидаемых результатов. Долгое время концепция наследования приобретённых черт подвергалась тщательной проверке, пока прорывы в геномике и эпигенетике не вернули ей научный интерес.
Удивительная способность растений запоминать
Современные исследования открыли захватывающую истину: предварительное мягкое воздействие способно подготовить растение к будущим стрессам! Оно помогает достичь состояния акклиматизации, которое сохраняется и проявляется при последующих неблагоприятных условиях. Это ярко свидетельствует о том, что растения обладают собственной формой памяти — удивительной способностью запоминать опыт и адаптироваться.
Перспективы понимания устойчивости
Сегодня научное сообщество с энтузиазмом признаёт существование этой природной "памяти" у растений. Открытие механизмов, лежащих в её основе, открывает невероятные перспективы для понимания стрессоустойчивости и разработки новых подходов в сельском хозяйстве. Будущее исследований в этой области выглядит невероятно многообещающим!
Источник: scientificrussia.ru
