Молекулярный переключатель: как виноград борется с морозами

Низкие температуры наносят серьезный ущерб многолетним культурам, таким как виноградная лоза, ограничивая ее рост, ухудшая качество плодов и сужая географию выращивания. В условиях климатической нестабильности заморозки становятся все более серьезной угрозой для сельского хозяйства. Растения реагируют на холод с помощью сложных сигнальных систем, которые активируют защитные гены и борются с окислительным стрессом – накоплением вредных молекул.

Недавнее исследование ученых из Университета Нинся, опубликованное в журнале Horticulture Research, раскрыло новый механизм, лежащий в основе морозостойкости винограда. В центре открытия – молекулярный «переключатель», состоящий из двух ключевых белков. Первый, названный VaMIEL1, в обычных условиях работает как «тормоз» – он находит и помечает для уничтожения второй белок, VaMYB4a, который отвечает за активацию защиты от холода. Таким образом, при комфортной температуре растение не тратит ресурсы на ненужную оборону.

Когда наступают холода, экспрессия гена VaMIEL1 подавляется. «Тормоз» отключается, что позволяет белку VaMYB4a накапливаться в клетках. Этот белок, в свою очередь, запускает целую цепь защитных реакций, известную как путь CBF–COR, и активирует выработку антиоксидантов. В результате растение эффективнее противостоит низким температурам и связанному с ними окислительному стрессу. Исследователи подтвердили этот механизм с помощью серии биохимических и генетических экспериментов, в том числе на модельных растениях и культурах клеток винограда.

Эксперименты показали, что искусственное усиление работы «тормозного» белка VaMIEL1 делало растения более уязвимыми к холоду: они накапливали больше вредных молекул, их защитные системы работали хуже, а гены холодовой адаптации были подавлены. И наоборот, отключение этого белка приводило к повышению морозостойкости – растения лучше справлялись со стрессом и поддерживали здоровый баланс в клетках. Это доказывает, что VaMIEL1 и VaMYB4a играют противоположные, но взаимосвязанные роли в тонкой настройке защиты виноградной лозы.

«Наши выводы демонстрируют, что морозостойкость винограда определяется не одним путем, а скоординированной системой, объединяющей генетический контроль и антиоксидантный баланс», – отмечают авторы исследования. Открытие этой системы дает в руки селекционерам мощный инструмент для создания новых, более устойчивых сортов.

Обнаруженный модуль VaMIEL1–VaMYB4a открывает новые перспективы для выведения винограда, способного выживать во время ранних весенних заморозков или экстремальных погодных явлений. Целенаправленное подавление «тормозного» белка или усиление стабильности его «партнера» может значительно повысить выживаемость растений. Поскольку схожие регуляторные сети существуют у многих других культур, включая яблони и груши, эти результаты могут найти применение в селекции широкого спектра плодовых деревьев, делая мировое сельское хозяйство более адаптивным к изменениям климата.