СуперСадовод
  • Семена растений просыпаются после лесного пожара

    03.05.2013

    Семена растений просыпаются после лесного пожараВесной после лесного пожара, пережившие его деревья покрываются молодой листвой, а из выжженной земли прорастают тысячи молодых побегов. На протяжении веков оставалось величайшей загадкой то, как семена, долгое время дремавшие в почве, узнавали о том, что пришло время пробиться через пепел, чтобы возродить сгоревший лес.

    23 апреля в интернет-издании журнала «Труды Национальной академии наук» ученые из Института Солка и Университета Калифорнии, Сан-Диего, представили результаты своего исследования, которое дает ответ на этот фундаментальный для экологии растений вопрос «круговорота жизни».

    Помимо объяснения того, каким образом пожары приводят к регенерации лесов и лугов, выводы, к которым пришли учёные, могут помочь в создании сортов растений, которые будут способствовать поддержанию и восстановлению экосистем, тесно связанных любым человеческим обществом.

    Это очень важный, фундаментальный процесс обновления экосистемы по всей планете, который мы до недавнего времени действительно не понимали, – говорит один из старших исследователей, Джозеф П. Ноэль, профессор и директор Солковского Центра химической биологии и протеомики имени Джека Г. Скирбола. – Теперь же мы знаем молекулярные триггеры, запускающие этот процесс.

    Ещё один старший исследователь, участвующий в этом проекте, профессор и директор лаборатории молекулярной и клеточной биологии растений, Джоан Чори, утверждает, что ученые обнаружили молекулярный «будильник» для сожженного леса.

    Мы обнаружили, – говорит она, – то, каким образом умирающее растение создаёт химические послание для следующего поколения, сообщая дремлющим семенам, что настало время для того, чтобы вырасти.

    Сейчас достаточно широко распространен управляемый пал, в отличие от ситуации 50-летней давности. Парковые службы США активно пресекали лесные пожары, пока не поняли, что такой подход привёл практически к истощению почвы зрелых лесов по содержанию в ней важных минералов и химических веществ.

    В свою очередь, такая ситуация порождала среду с интенсивной конкуренцией, которая, в конечном счете, наносила значительный ущерб всей экосистеме леса.

    Когда мы получили разрешение на проведение управляемого пала в Йеллоустонском национальном парке в 1988 году, многие люди считали, что он никогда не восстановит свою прежнюю красоту, – рассказывает принимавший участие в этом проекте исследователь с факультета химии и биохимии Университета Калифорнии, Джеймс Дж. Ла-Клер.

    Но уже следующей весной, после того как прошли дожди, обожженная, обогащенная содержащимися в пепле питательными веществами земля просто взорвалась тянущимися к солнцу растениями.

    В своих предыдущих исследованиях ученые обнаружили, что сгорание во время лесного пожара деревьев и кустарников приводит к образованию особых химических веществ, известных как каррикины, остающихся в почве после пожара и обеспечивающих будущее восстановление леса.

    В своём новом исследовании солковские ученые стремились понять, как именно каррикины стимулируют рост новых растений. Во-первых, исследователи определили структуру растительного белка известного, как KAI2, который связывается с каррикином в покоящихся семенах.

    Затем они сравнили каррикин-связанный белок KAI2 со структурой несвязанного белка KAI2, что позволило исследователям определить как KAI2 позволяет семенам воспринимать каррикин в окружающей их среде.

    Химические структуры, обнаруженные нашей командой, показали все молекулярные связи между каррикином и KAI2, – объясняет научный сотрудник Института Солка, структурный энзимолог и один из ведущих участников исследования, Йонгксиа Го.

    Более того, сейчас нам также известно, что, связывание каррикина с белком KAI2 приводит к изменению его формы.

    Ещё один участник исследования, научная сотрудница Института Солка, генетик растений Цую Чжэн, полагает, что именно вызванные каррикином изменения формы могут посылать новый сигнал другим белкам в семенах.

    Эти другие белки вместе с каррикином и KAI2 генерируют сигнал, заставляющий семена прорастать в нужном месте и в должное время, после лесного пожара, – говорит Цую Чжэн,

    Идея этого исследования родилась у Го и Чжэн, супружеской пары, работавшей над своими докторскими исследованиями в лабораториях Ноэлья и Чори, соответственно, во время разговора за ужином. Затем к исследованию присоединился Ла-Клер, со своим опытом в области химии.

    И хотя учёные пришли к этим новым выводам, работая со столь популярным среди ботаников модельным организмом арабидопсиса, они полагают, что такая же стратегия каррикин-KAI2 регенерации, несомненно, присутствует у многих видов растений.

    В растениях через естественный отбор один из членов этого семейства ферментов был каким-то образом задействован для связывания именно с этой молекулой дыма и пепла и генерирования сигнала, – поясняет Ноэл.

    Вероятно, KAI2 сформировался, когда растительные экосистемы начали процветать на земле, и огонь стал очень важной частью экосистемы, позволяющей высвобождать питательные вещества, скрытые в умирающих и мертвых растениях.

    Необходимо провести дополнительные исследования, чтобы понять, как именно изменение формы белка KAI2 активизирует генетическую программу, которая отвечает за прорастание, – признаётся Chory.

    Но уже полученные нами данные являются очень важным шагом в понимании этой генетической программы и того как растительные экосистемы лесов и лугов самообновляются.



  • Нравится
    Оставьте Ваш комментарий

    Пожалуйста напишите комментарий



    Яндекс.Метрика