Через 23 года после катастрофы на Чернобыльской атомной электростанции ученые смогли понять, благодаря каким изменениям растения приспособились к жизни в загрязненной среде.

Генетическим изменениям в растениях посвящено довольно много работ. Известно, как мутируют растения и как повышают метилирование ДНК, чтобы защититься от генетических вывертов. Но кроме защиты генома, то есть наследственной информации для будущих поколений, растению нужно еще и просто выжить.

Полевые работы

Ученые из Словацкой академии наук и Национальной академии наук Украины впервые исследовали, как постоянное воздействие радиации влияет на экспрессию генов и изменение белкового состава клеток растений. В качестве модельного растения биологи выбрали сою сорта «Солнечная», приспособленную для выращивания в климатических условиях северной части Украины.

Исследователи посеяли семена сои в двух областях с одинаковыми климатическими условиями. Первую партию высеяли возле села Чистоголовка, находящегося в пяти километрах от ЧАЭС. Хотя после аварии прошло уже больше двух десятков лет, содержание долгоживущих радиоактивных элементов в почвах этой местности до сих пор остается очень высоким. Вторую партию высеяли в селе Жукин в ста километрах от ЧАЭС. Здесь почвы практически не содержат радиоактивных изотопов. В частности, содержание радиоактивного церия 137Cs возле Жукина в 163 раза ниже, чем в почве села Чистоголовка.

В конце сезона ученые собрали урожай соевых бобов и исследовали их в лаборатории. Семена сои, выращенной в загрязненной зоне, оказались меньше по размеру и примерно в два раза легче по весу, чем у контрольной группы из Жукина. Это не удивительно, ведь растения часто реагируют на суровые условия уменьшением размеров. Однако по содержанию радиоактивных элементов бобы практически не отличались. Ученые отмечают, что содержание радиоактивных элементов в семенах зависит от вида растения. Их результаты объясняются всего лишь тем, что соя не склонна откладывать тяжелые металлы, в отличие от злаков, накапливающих радиоактивный церий, или подсолнечника, семена которого, выращенные в зоне радиоактивного загрязнения, содержат большие концентрации радиоактивного стронция.

Белковая защита

Но главное, что пытались выяснить ученые, — сколько содержится различных функциональных белков в соевых бобах. То есть как именно изменяется белковая экспрессия в ответ на воздействие радиоактивной окружающей среды. Сначала они выделили белки, разделили их и сравнили количество разных белков в исследуемой и контрольной группах. Всего биологи исследовали 26 белков из шести функциональных групп.

Содержание белков, отвечающих за рост, обмен веществ, энергетических и транспортных белков в чистоголовской и жукинской партиях практически не отличалось. Зато содержание белков, отвечающих за доставку и хранение полезных веществ, а также белков, отвечающих за борьбу с болезнями и укрепление растительного организма, оказалось повышено. В последнюю группу входит, в частности, бетаин альдегид-дегидрогеназа, принимающая участие в детоксикации крови человека после радиоактивного заражения. Что касается «белков хранения» — внутриклеточных резервуаров металлических ионов и аминокислот, то они также активизируются при загрязнении растения тяжелыми металлами и другими токсинами.

Ученые разработали схематическую модель, по которой должна меняться экспрессия генов растения в ответ на повышенную радиоактивность среды. И надеются проверить ее на следующих поколениях сои. А с уже полученными результатами работы можно ознакомиться в статье, опубликованной в журнале Journal of Proteome Research.