"Многогранность действия цитокининов у арабидопсиса и сельскохозяйственных культур"

XVII Чайлахяновские чтения. Проф. Томас Шмюллинг, Институт биологии, прикладной генетики и молекулярного развития растений / Далемский центр наук о растениях, Свободный университет Берлина, Германия,

Цитокинин является одним из классических растительных гормонов с множеством функций, регулирующих развитие и физиологические процессы, включая рост корней и побегов, репродуктивное поведение, старение листьев, а также стрессовые реакции. Гены метаболизма и передачи сигналов цитокининов известны и используются в качестве инструмента для изучения функций гормона у арабидопсиса и у сельскохозяйственных растений.

В первой части презентации будет проиллюстрировано, как знания, полученные на растениях арабидопсиса, могут в конечном итоге использоваться для улучшения сельскохозяйственных культур. Целевыми признаками являются урожайность масличного рапса, устойчивость к засухе и элементное обогащение семян ячменя, а также образование биомассы у тополя. Во всех этих случаях было получено подтверждение концепции, что целенаправленные манипуляции с системой цитокининовой регуляции у растений могут быть использованы для изменения характеристик, связанных с урожайностью, и для повышения продуктивности растений.

Во второй части доклада будет описан недавний прогресс в понимании роли цитокининов в регуляции переходных процессов развития, таких, как прорастание семян, фазовый переход листьев от ювенильного состояния к взрослому и переход к цветению. У арабидопсиса в условиях низкой освещенности цитокинин является положительным регулятором прорастания семян, зависящего от фитохрома А. Цитокинин способствует переходу к формированию взрослых листьев, а также цветению, особенно в условиях короткого дня. Генетический анализ выявил цитокинин-зависимый путь регуляции цветения, который связан с возраст-зависимым путем. Новые данные позволяют предположить, что цитокинин может действовать как локально в меристеме побега, но также и как мобильный фактор цветения. Это вновь ставит вопрос о том, является ли цитокинин, по крайней мере, в каком-то контексте частью мобильного стимула флоригена, предложенного академиком М. Чайлахяном.

Наконец, будет описана до сих пор неизвестная роль цитокинина как негативного регулятора фотопериодического стресса. Фотопериодический стресс – это новый тип абиотического стресса, вызванного резким изменением продолжительности длины дня. В течение ночи после длительного светового периода индуцируются гены маркеров стресса и гибели клеток, сопровождающиеся образованием активных форм кислорода. Синдром этого стресса особенно значителен у растений с низким цитокининовым статусом, что выявляет новую защитную функцию гормона. Дальнейшая работа показала, что для надлежащей защиты от сильного фотопериодического стресса требуется надлежащее функционирование циркадных часов, и что это связано с взаимодействием с сигналингом жасмоновой кислоты. Будет обсуждена возможная экологическая значимость этой необычной реакции растения на изменение условий освещения.

Томас Шмюллинг изучал биологию в университете в Кёльне, Германия, и проводил исследования для своей докторской диссертации в Институте селекции растений Макса Планка в Кёльне на факультете известного профессора Джеффа Шелла. Затем он получил должность ассистента профессора в Тюбингенском университете и стал одним из основателей в 1999 году Центра молекулярной биологии растений (ZMBP) в Тюбингене. В 2001 году он стал руководителем и профессором Института прикладной генетики и молекулярной биологии развития растений в Свободном университете г. Берлина. Он был инициатором создания Далемского центра наук о растениях в Берлине в 2009 году и с тех пор является председателем этой исследовательской платформы.