Учёные обнаружили в корнях ячменя небольшой белок, который помогает растениям выживать при низких температурах. Он не даёт молекулам РНК сворачиваться в структуры, блокирующие считывание генетической информации. Открытие может стать основой для нового метода выведения морозостойких сортов, особенно для зерновых, уязвимых к холоду на стадии прорастания и раннего развития.
Низкие температуры нарушают сразу несколько клеточных процессов в растениях: мембраны теряют текучесть, метаболизм замедляется, а синтез белков становится менее эффективным. Одна из неочевидных проблем возникает на уровне РНК. В холоде её нити могут слишком плотно сворачиваться, образуя стабильные структуры. Клеточные механизмы – рибосомы – не могут «прочитать» такую РНК, и производство жизненно важных белков останавливается. Обнаруженный белок, названный CISP, действует как РНК-шаперон: он связывается с РНК и не даёт ей образовывать слишком устойчивые структуры, поддерживая поток генетической информации.
Исследователи выяснили, что гены, кодирующие CISP, наиболее активно работают в корнях ячменя после длительного (около 50 дней) пребывания на холоде при температуре 4°C. Чтобы проверить его свойства, учёные перенесли ген этого белка в бактерии кишечной палочки и в лабораторное растение арабидопсис. В обоих случаях белок CISP помог организмам лучше расти в холодных условиях.
Наиболее заметный эффект наблюдался у растений. Модифицированный арабидопсис, который производил белок ячменя, продолжал активно расти при 4°C, в то время как обычные растения практически останавливались в развитии и начинали увядать. Всхожесть семян у трансгенных растений при такой температуре достигала почти 100%, тогда как у контрольной группы – не превышала 60%.
Дальнейшие тесты показали, что CISP работает за счёт необычного сочетания свойств: сильного положительного заряда и структурной гибкости. В отличие от большинства известных белков, защищающих от холода, у него нет чётко определённых участков для связывания с РНК. Положительный заряд притягивает его к отрицательно заряженным молекулам РНК, а гибкая структура позволяет ему активно распутывать их и мешать им свернуться снова. Эта особенность, по-видимому, является специфической адаптацией злаковых растений, так как у других видов подобные белки не обнаружены.
Хотя результаты получены в лаборатории, они открывают новые перспективы для агротехнологий. Дальнейшие исследования должны показать, будет ли этот механизм так же эффективен в полевых условиях, где растения сталкиваются с комплексом стрессовых факторов.