Скрытая роль сахара в росте растений

ТУ него все растения вращаются вокруг света и тепла. Экстремальные температуры могут быстро убить многих видов, но даже небольшие изменения могут оказать огромное влияние, стимулируя быстрый рост или усыпание растений. Но именно то, как растения обнаруживают и реагируют на различные комбинации света и тепла, осталось загадкой. Дразнить эти сложные отношения – все больше беспокойства, поскольку планета нагревается.

Теперь одна группа исследователей обнаружила, что сахар является скрытым термостатом в растениях. Выводы проблем с более ранними доказательствами, которые предполагают, Фактически, растения полагаются на многочисленные входы в течение дня и ночи, чтобы ощутить изменения в солнечном свете и климате.

Мэн Чен, клеточный биолог из Калифорнийского университета в Риверсайде, изучил способ реагирования растений на свет и температуру в течение двух десятилетий. Чен сосредоточился в первую очередь на двух светочувствительных белках: PHYB, который ускоряет рост, и ELF-3, который обычно действует как тормоз при росте. Но считалось, что эти белки обнаруживают высокие температуры только ночью, тогда как растения в основном испытывают крайности тепла в дневное время.

Чтобы лучше понять, что происходит в дневных условиях, Чен решил экспериментировать на Arabidopsis, небольшом растении в семействе горчицы, которое обычно используется в лабораторных экспериментах. Он и его команда подвергали нормальных растений арабидопсиса на разные температуры, от 54 до 81 градуса по Фаренгейту и различные интенсивности красного света и отслеживали, как их стебли вытянуты. Когда жарко, растения растут дольше стебли, чтобы помочь их листьям прохладнее. Вопреки их ожиданиям, исследователи обнаружили, что PHYB может контролировать рост как ночью, так и в умеренно ярких условиях освещения, сродни тем, которые растение испытало бы в дневное время. Но PHYB перестал работать, когда условия освещения стали интенсивными.

«Чтобы иметь возможность реагировать на температуру, вам нужен сахар».

Чен и его коллеги также использовали мутантные растения, у которых был дисфункциональный PHYB, и не имели хлоропластов, органеллов, ответственных за фотосинтез. Эти растения выросли только в ярко -освещении. Они не могли почувствовать более высокие температуры в темноте. Ученые задавались вопросом, может ли сахар изменить ситуацию. В течение дня растения хранят энергию в крахмале внутри хлоропластов. Ночью растения обычно разбивают этот крахмал на сахар, чтобы подпитывать их метаболизм.

Чтобы проверить, как сахар будет влиять на рост растений, исследователи добавили жидкость глюкозы в рост среды своих мутантных растений. Эта настройка позволила растениям ощущать более высокие температуры как в темноте, так и в свете. «Каким -то образом, чтобы иметь возможность реагировать на температуру, вам нужен сахар», – говорит Чен. «Это был огромный сюрприз», – найти участие сахара в температуре. По словам Чен, результаты могут помочь ученым избавиться от того, как выращивать растения, которые могут выдержать крайности температуры – как горячие, так и холодные.

По словам Чэнь, появляется новая картина: одна, которая показывает несколько перекрывающихся систем в игре в разное время суток и при разных температурах. В то время как PHYB обычно перестает работать с высокой интенсивностью света, тормоз ELF3 на росте высвобождается при высоких температурах, что также запускает высвобождение сахарозы из хлоропластов, днем или ночью. Три системы работают согласованно. А Исследование было опубликовано в Природная связьПолем

Понимание того, как растения реагируют на температуру, имеет решающее значение для нашей способности продолжать кормить мир по мере роста температуры. «Мы не говорим о том, что вся планета превращается в горящую духовку», – говорит Чен. «Мы говорим о большем сдвиге в климатических зонах из-за умеренного повышения температуры. Даже изменение на 7 или 8 градусов может фактически вызвать очень драматическое изменение морфологии растений, а также время цветения».

Филипп Вигге, исследователь адаптации на растениях в Институте овощных и декоративных культур Лейбниза, недалеко от Берлина, штат Германия, говорит, что исследование проделало элегантную работу, исследуя, как теплые дневные температуры влияют на пути роста растений.

«Растения очень реагируют на теплую температуру, но основные механизмы, с помощью которых температура определяется и интегрирована в рост и развитие, не до конца понятны», – говорит он. «В течение нескольких лет было известно, что свет и температура взаимодействуют, но то, как это происходит в течение дня, не было ясным». Вигге, который не участвовал в исследовании, говорит, что будет интересно посмотреть, наблюдаются ли эти пути также на сельскохозяйственных растениях, таких как пшеница и рис.

Чен планирует продолжить работу по пониманию зондирования растений. Он говорит, что следующие шаги включают выявление датчиков в хлоропластах, которые запускают реакцию высвобождения сахара и контроль температуры. В конце концов, он хотел бы разработать саму внутреннюю систему температуры. У него есть надежда, что более интимное понимание того, как растения управляют танцами между светом и теплом, обеспечит их процветать в климате будущего.

Ведущее изображение: Shablovskyistock / Shutterstock

• Кэтрин Гаммон

  Опубликовано на 22 августа 2025 года

  Кэтрин Гаммон – внештатный писатель из науки, базирующийся в Санта -Монике, штат Калифорния, который пишет о окружающей среде, науке и воспитании детей. Вы можете найти ее на X (ранее известном как Twitter) @kategammon.