Десять лет ученые считали, что растения чувствуют температуру только через специальные белки, и в основном ночью, когда прохладно.

Но новое исследование показало: днем все иначе. Сахар, который образуется на свету, помогает растениям распознавать тепло и решать, когда расти.

Результаты опубликованы в издании Nature Communications.

Менг Чен, профессор клеточной биологии из Калифорнийского университета, и его команда выяснили, что у растений не один, а несколько способов чувствовать температуру.

И сахар здесь играет ключевую роль, особенно днем. Эти данные меняют представление о том, как растения взаимодействуют с окружающей средой, и могут помочь создать сельскохозяйственные культуры, устойчивые к изменению климата.

В учебниках написано, что белки вроде фитохрома B и ELF3 — главные датчики температуры у растений, — говорит Чен. — Но эти модели основаны на ночных данных. А что происходит днем, когда и свет, и температура высокие? Ведь большинство растений живут именно в таких условиях.

Ученые экспериментировали с арабидопсисом — маленьким цветковым растением, которое часто используют в генетике.

Они выращивали ростки при разной температуре (от 12 до 27 °C) и освещении, наблюдая за удлинением стеблей — классическим признаком реакции на тепло.

Оказалось, фитохром B чувствует тепло только при слабом свете. В ярких условиях, имитирующих полуденное солнце, эта функция отключается. Но растения все равно реагировали на тепло и тянулись вверх, даже когда фитохром B почти не работал. Значит, есть другие механизмы.

Подсказку дали мутантные растения с «выключенным» фитохромом. Они реагировали на тепло только на свету. В темноте, без фотосинтеза, у них не было хлоропластов, и они не росли. Но когда в среду добавили сахар, реакция на температуру вернулась.

Тогда мы поняли: сахар — не просто топливо для роста, — объясняет Чен. — Это сигнал, который говорит растению: сейчас тепло.

Дальнейшие опыты показали: при повышении температуры крахмал в листьях расщепляется, высвобождая сахарозу. Она стабилизирует белок PIF4, который управляет ростом. Без сахарозы PIF4 быстро разрушался, а с ней — накапливался, но активировался только тогда, когда другой датчик, ELF3, тоже реагировал на тепло.

PIF4 нужны две вещи, — говорит Чен. — Сахар, чтобы оставаться в клетке, и отсутствие блокировки. Температура обеспечивает и то, и другое.

Получается, у растений сложная, многослойная система. Днем, когда свет превращается в сахар, они используют его не только для роста, но и для «измерения» температуры. Чем теплее, тем больше крахмала превращается в сахар, который, в свою очередь, запускает рост.

Это открытие может пригодиться в сельском хозяйстве. Понимая, как именно растения чувствуют тепло, можно вывести сорта, устойчивые к аномальной жаре.

Теперь мы видим, что термочувствительность — это не просто белки-переключатели, — говорит Чен. — Здесь задействованы свет, энергия, сахар.

И снова оказывается: растения куда сложнее, чем кажется. За фотосинтезом и запасами крахмала скрывается тонкий механизм, который точно знает, когда тянуться к солнцу.

Это исследование переворачивает представление о том, как растения адаптируются к температуре. Если раньше считалось, что они полагаются только на белки-сенсоры, то теперь ясно: сахар — такой же важный сигнал.

Практическая польза:

• Устойчивые культуры. Зная, как сахар влияет на рост, можно вывести сорта, которые лучше переносят жару. Например, пшеницу, которая не будет слишком вытягиваться в теплые дни.
• Оптимизация теплиц. Если искусственно регулировать уровень сахаров, можно ускорять или замедлять рост растений без изменения температуры.
• Прогнозирование реакции на климат. Понимая двойную систему (белки + сахар), легче предсказать, как разные виды отреагируют на глобальное потепление.

Исследование проводилось на арабидопсисе — модельном растении, которое сильно упрощает реальность. У сельскохозяйственных культур (пшеницы, риса, кукурузы) механизмы могут быть сложнее. Кроме того, эксперименты проходили в контролируемых условиях лаборатории, а в природе на растения влияет куда больше факторов: влажность, ветер, состав почвы. Пока неясно, насколько универсален этот механизм.

Ранее ученые заметили, что таяние льдов перекрашивает океан.