«`html

Старение листьев под стрессом открывает новые перспективы для создания более устойчивых культур

Листья играют центральную роль в жизни растений, улавливая световую энергию и производя необходимые питательные вещества. Их старение, характеризующееся прогрессивным разрушением клеток и тканей, является ключевым этапом развития растений. Этот процесс, часто заметный по пожелтению листьев из-за исчезновения хлорофилла, позволяет растениям перераспределять питательные вещества к растущим или запасающим органам. У однолетних растений, таких как соя, рис или кукуруза, он приводит к гибели всего организма, тогда как у листопадных деревьев он подготавливает опадение листьев осенью, чтобы лучше пережить зиму.

Старение листьев зависит не только от возраста. Оно также ускоряется под воздействием внешних факторов, таких как засуха, дефицит азота или углерода, атаки патогенов или экстремальные условия температуры, освещенности или засоленности. Эти стрессовые факторы активируют сложные гормональные сигналы, в частности, с участием абсцизовой кислоты — основного гормона, регулирующего как реакцию на стресс, так и старение. Под воздействием этого гормона активируются специфические гены, запускающие разрушение хлорофилла, синтез антоцианов и перераспределение питательных веществ.

Молекулярные механизмы, участвующие в этом процессе, тонко взаимосвязаны. Например, абсцизовая кислота действует в синергии с другими гормонами, такими как этилен или жасмоновая кислота, которые gemeinsam модулируют чувствительность листьев к старению. Белки, такие как транскрипционные факторы NAC, а также пептиды, например CLE14, играют ключевую роль в регуляции экспрессии генов, связанных со старением. CLE14, например, замедляет этот процесс, стимулируя устранение активных форм кислорода — токсичных молекул, накапливающихся под воздействием стресса.

Нехватка воды, будь то засуха или затопление, хорошо иллюстрирует эту сложность. При засухе абсцизовая кислота вызывает закрытие устьиц — листовой пор, чтобы ограничить потерю воды, одновременно запуская сигналы старения. Наоборот, избыток воды в почве угнетает корни, снижая их способность поглощать кислород и нарушая углеродный метаболизм. Листья, лишенные ресурсов, активируют механизмы выживания, которые ускоряют их собственное разрушение.

Дефицит азота или сахаров имеет похожие последствия. Нехватка азота активирует транскрипционные факторы, такие как ORE1, которые ускоряют старение, чтобы перераспределить ресурсы к жизненно важным органам. Аналогично, избыток или нехватка сахаров нарушает энергетический баланс растения, запуская цепные реакции, приводящие к преждевременному разрушению листьев. Транспортеры сахаров, такие как OsSWEET1b у риса, или ферменты, такие как гексокиназа, играют прямую роль в этом процессе.

Абиотические стрессоры — не единственная причина. Атаки патогенов или насекомых также активируют иммунные реакции, которые, если они слишком интенсивны, могут истощать ресурсы растения и ускорять старение. Салициловая кислота, ключевой гормон защиты растений, также является мощным индуктором старения. Ее накопление в зараженных листьях стимулирует образование активных форм кислорода и активирует гены разрушения, создавая порочный круг, ускоряющий старение.

Перед лицом этих вызовов появляются решения благодаря прогрессу в синтетической биологии и искусственном интеллекте. Инновационные генетические системы, такие как ген IPT, соединенный с промотором, специфичным для старения, позволяют замедлить старение, стимулируя производство цитокининов — гормонов, подавляющих разрушение листьев. Этот подход уже показал свою эффективность у многих видов, от табака до риса, включая томат и хлопок, улучшая устойчивость к засухе, холоду или избытку воды.

Искусственный интеллект, в свою очередь, революционизирует селекцию растений, анализируя огромные объемы геномных, транскриптомных или метаболомных данных. Алгоритмы машинного обучения и глубокого обучения позволяют выявлять ключевые гены, участвующие в старении или устойчивости к стрессу, и предсказывать их влияние на продуктивность культур. Эти инструменты открывают путь к более точному сельскому хозяйству, способному создавать растения, оптимизированные для сопротивления все более сложным экологическим условиям.

Эти достижения показывают, что старение листьев, далеко не будучи простым явлением упадка, является тонко регулируемым процессом, который можно использовать для повышения устойчивости культур. Лучше понимая сигналы и сети генов, участвующих в этом процессе, ученые разрабатывают стратегии для замедления или модуляции старения, чтобы максимизировать урожайность и качество урожая, даже в неблагоприятных условиях.

«`

Mentions des sources

Publication citée

DOI : https://doi.org/10.1186/s43897-026-00236-9

Titre : From signals to solutions: stress-induced leaf senescence and synthetic biology and AI approaches for crop resilience

Revue : Molecular Horticulture

Éditeur : Springer Science and Business Media LLC

Auteurs : Shu-Ning Ren; Chen-Yu Zhu; Yu-Qiong Wang; Tian Bu; Zhonghai Li; Weilun Yin; Xinli Xia; Hou-Ling Wang