Мы сильно заблуждаемся, когда, желая уязвить какого-нибудь бестолкового представителя Homo sapiens, называем его растением. Ведь растительная жизнь на самом деле на редкость мудро устроена. Возьмем, например, стресс. Растения тоже от него страдают, и он у них свой собственный: то воды не хватает, то слишком жарко, то очень холодно, то с удобрениями переборщили, то вредители досаждают, то болезни. Но, в отличие от человека, они никуда не могут убежать в поисках лучшей доли, а потому, оставаясь на месте, вынуждены включать хитроумные механизмы саморегуляции, кардинально изменять обмен веществ, а то и вовсе принимать новый облик, чтобы противопоставить каждой новой беде особые средства спасения.
Доцент кафедры клеточной биологии и биоинженерии растений БГУ Игорь СМОЛИЧ проводит эксперимент по изучению стрессоустойчивости растений.
Как действуют эти механизмы на клеточном уровне, сегодня еще не вполне понятно. Но с каждым годом «белых пятен» здесь становится меньше, и это позволяет надеяться, что со временем наука предложит сельскому хозяйству совершенно уникальные, экологически безопасные средства повышения урожайности, основанные на максимально полном использовании природного потенциала самого растения.
Авторами очередного прорыва в познании тайн растительного стресса стали ученые Белорусского государственного университета. Выполняя проект, финансируемый Евросоюзом и Белорусским фондом фундаментальных исследований, они вместе с коллегами из Санкт-Петербургского университета, Университета Эссекса (Великобритания) и Лёвенского университета (Бельгия) впервые предложили новую концепцию защитного влияния растительных молекул — полиаминов — на устойчивость растений к стрессу. Сейчас соавторы готовят публикацию в одном из ведущих международных научных журналов, и, когда она увидит свет, исследования в этой области биологии, по мнению специалистов, могут выйти на новый уровень.
Прежде всего, совместная работа интернациональной группы позволяет, если такая цель будет поставлена, уже сейчас начать селекционный отбор сельскохозяйственных растений, обладающих более продуктивной системой синтеза полиаминов. Причем из великого множества разновидностей этих молекул есть возможность целенаправленно выбирать только нужные.
Исследователи ориентируются на прикладные задачи сельского хозяйства. Они смотрят в перспективу и предполагают использовать выявленные признаки устойчивости к стрессу как в традиционной селекции, но с применением биохимического анализа сортов, так и в области модификации генома сельскохозяйственных культур.
— Нам удалось проследить, как распространяется сигнал о стрессе внутри растительной клетки, какую роль при этом играют полиамины и какие именно, как они взаимодействуют с системами чувствительности при передаче сигнала извне, какие защитные механизмы включаются и как они работают, — поясняет заведующий кафедрой клеточной биологии и биоинженерии растений БГУ доктор биологических наук Вадим Демидчик. — То, что синтез полиаминов у растений, естественным образом устойчивых к неблагоприятным воздействиям, увеличен по сравнению с нормой, было известно еще с 80-х годов прошлого века. В последние годы стало понятно, что генетическая модификация системы синтеза полиаминов, приводящая к увеличению их содержания в клетке, снижает восприимчивость к стрессу и помогает растению выжить. Но не было ясности, каким образом это происходит. Наши эксперименты показали, что полиамины напрямую влияют на форму внутриклеточных окислительных и ионных сигналов при стрессе, то есть «настраивают» клетку на принятие более подходящего ответа. Эксперименты проводились с использованием современных научных методик в области клеточной биологии растений. Тестировались модельные растения с генетически встроенными сенсорами активности сигнальных систем клетки, испускающими свет либо флуоресцирующими при возникновении стресса. Для измерения важнейших для физиологии растения окислительных сигналов применялась спектроскопия электронно-парамагнитного резонанса, за что спасибо английским коллегам, предоставившим возможность работать на уникальном оборудовании Университета Эссекса. Важное дополнение в картину регуляции полиаминами чувствительности к стрессу внесли коллеги из Санкт-Петербургского университета, которые установили участие в этом механизме цитоскелета — каркаса живой клетки. В их работе использовались уникальные растения, у которых к волокнам цитоскелета при помощи биоинженерных методов «пришит» светящийся белок медузы, что позволяет наблюдать изменение цитоскелета в отдельной клетке, не нарушая ее естественной жизнедеятельности.
В качестве основного стресса ученые использовали засоление, которое вызывается поваренной солью. И это не случайно, так как от засоления страдает третья часть обрабатываемых почв на нашей планете, и это основной мировой бич сельского хозяйства. Были рассмотрены и другие неблагоприятные факторы, такие как болезни и вредители, засуха, тяжелые металлы, ксенобиотики (чужеродные химические вещества), ультрафиолет, озон. Кстати, в сумме из-за всех этих стрессов в мире теряется до 70% урожая, и наша страна не исключение.
Хотя для отечественного земледелия засоление почв никогда не было проблемой, но беда в том, что нам тоже приходится сполна оплачивать борьбу с этой напастью, так как в цену кормов, закупаемых за рубежом, а также в другую импортируемую растительную продукцию закладываются и эти расходы. Поэтому фундаментальные исследования растительного стресса, которые совместно ведут ученые четырех стран, так важны для Беларуси, и они будут продолжены.
pat_50@mail.ru
