Растения хранят стрессовую память для устойчивости к климату

Исследования показывают, что растения имеют способность сохранять память о перенесенных стрессах, и эту память можно активировать еще на стадии семени. Как именно осуществляется такая подготовка и каким образом она способствует устойчивости посевов к изменчивым климатическим условиям, разобрали специалисты — Паял Чакраборти из Университета Амити и Бандана Босе из Бенарасского индуистского университета в Индии. Их обзор опубликован в журнале Frontiers in Plant Physiology.

Процесс, известный как праймирование, представляет собой контролируемое увлажнение семян, которое активирует ранние биохимические процессы, не позволяя при этом семенам прорастать. В дополнение к воде, в ходе праймирования применяются растворы солей, питательные вещества, гормоны, полезные бактерии, а также наночастицы серебра, кремния и оксида цинка. Обработанные таким образом семена прорастают более активно, а растения, вырастающие из них, способны быстрее реагировать на неблагоприятные условия. Они лучше регулируют испарение воды через устьица, более стабильно поддерживают фотосинтез и эффективнее защищают свои клетки от повреждений.

Эксперты предполагают, что основным фактором, способствующим этому, является стрессовая память. У растений нет нервной системы, поэтому информация о пережитом стрессе хранится в виде химических меток. Сигнальные молекулы и гормоны изменяют работу защитных генов, а эпигенетические модификации (то есть пометки на ДНК, не изменяющие ее последовательность) поддерживают эти гены в «взведенном» состоянии. Одновременно с этим происходит перестройка обмена веществ: в клетках накапливаются сахара и антиоксиданты, которые защищают посевы от обезвоживания и негативного воздействия активных форм кислорода. При повторной встрече со стрессом подготовленные растения реагируют быстрее и эффективнее, не тратя энергию на постоянную защиту.

Методы, позволяющие одновременно отслеживать работу тысяч генов и уровень метаболитов, подтверждают, что метки памяти сохраняются даже после высыхания и хранения обработанных семян. У пшеницы и риса праймирование способствовало повышению урожайности и улучшению качества зерна в обычных условиях. По некоторым данным, отдельные аспекты приобретенной устойчивости могут передаваться потомству: растения, которые пережили засуху, легче справляются с ней, чем их потомки, выращенные в более благоприятных условиях.

Сам феномен стрессовой памяти у растений был впервые описан в 2007 году, а идея о «памяти праймирования» появилась в 2013 году. Авторы обзора подчеркивают, что эффективность метода зависит от сорта растений, погодных условий и сроков хранения семян, поэтому лабораторные результаты не всегда можно перенести на полевые условия. Если удастся преодолеть эти трудности, доступная и экологически чистая технология может стать частью умного сельского хозяйства — с протоколами обработки, адаптированными под конкретные культуры, сорта и прогноза погоды.

Читайте также: