Брокколи в теплом мире становится похожей на цветную капусту

Как знают опытные садоводы, при выращивании в условиях повышенных температур головки брокколи формируются неправильно и могут напоминать цветную капусту.

Новое исследование выявило генетические причины, по которым головки брокколи деформируются в жару. Это дает понимание влияния потепления, вызванного изменением климата, на все сельскохозяйственные культуры и указывает путь для выведения новых, термоустойчивых сортов.

Брокколи лучше всего растет при посадке в прохладное время: ранней весной или в конце лета — начале осени. Исследователи обнаружили, что при средней температуре 61°F (~16°C) брокколи развивается нормально. Однако при 72°F (~22°C) её соцветия начинают деформироваться, а при 82°F (~28°C) формируются плотные, похожие на головки цветной капусты (курды).

Затем ученые применили 5-азацитидин — химическое соединение, известное как ингибитор процесса ДНК-метилирования (добавления метильной группы к ДНК). Метилирование — один из механизмов включения и выключения генов; в данном случае оно подавляет кластер генов, необходимых для формирования нормальной головки брокколи. При введении 5-азацитидина нормальные головки брокколи росли даже при 82°F, что указывает на роль метилирования в аномальном росте при высоких температурах.

«Как только мы лучше поймем механизм, мы сможем разработать способы создания новой биотехнологии — молекулярно-генетического подхода для подавления ДНК-метилирования — чтобы выводить культуры, способные расти при более высоких температурах и в более широких регионах», — сказал Суйшэн Ган, соавтор статьи, опубликованной 22 декабря в журнале Molecular Horticulture.

Повышение температуры влияет на все аспекты роста и развития растений. Развитие цветка особенно сложно и чувствительно к температуре. Жара снижает качество и урожайность таких овощей, как брокколи, где в пищу употребляется всё соцветие. Хотя необходимы дальнейшие исследования, Ган полагает, что при более высоких температурах ДНК-метилирование генов, вовлеченных в развитие цветка, может быть консервативным механизмом для всех сельскохозяйственных культур.

В исследовании с помощью технологий полногеномного секвенирования был изучен профиль растений брокколи (Brassica oleracea): определен метиллом (участки метилирования в геноме) и транскриптом (активированные гены). Было обнаружено, что аномальное развитие цветка регулируется наборами генов, ассоциированных с прекращением развития цветка (FCGs).

• При 61°F развитие цветочных почек (головки) протекало нормально.
• При 82°F (и в меньшей степени при 72°F) метилирование генетических элементов, активирующих FCGs, подавлялось.

При выращивании в более теплых условиях развитие цветка ограничивается более ранними стадиями. Поэтому:

• При 72°F почки брокколи останавливаются на стадии, промежуточной между головкой брокколи и курдом цветной капусты.
• При 82°F развитие останавливается на еще более ранней стадии, и формируется курд, похожий на цветную капусту.

Будущие исследования будут направлены на изучение механизма ДНК-метилирования генов FCGs при высоких температурах.