Ген, помогающий погруженным растениям

Из-за изменения климата риски затопления возрастают, что угрожает растениям. Новое исследование Стокгольмского университета показывает, что особые гены являются ключом к тому, чтобы растения не увядали, оставались здоровыми и устойчивыми к недостатку кислорода при длительном нахождении под водой. Выведение устойчивых сортов растений, обладающих этим геном, повысит урожайность и станет всё более важным, поскольку изменение климата приводит к увеличению количества осадков.

Под водой растения, как и люди, лишены кислорода. Профессор Стокгольмского университета Сильвия Линдберг исследует, как растения становятся более устойчивыми к выживанию в условиях этого дефицита. Когда растениям не хватает кислорода, специальные гены сигнализируют об опасности, и растение должно активировать другие гены для защиты. Один из таких генов — PLD, который кодирует фермент фосфолипазу D. До сих пор его ключевая роль в сигнальных системах растений при кислородном голодании была неизвестна.

«Мы подозревали, что этот ген вовлечён в процесс, так как он участвует и в других типах стресса, которым подвергаются растения, например, при высокой засоленности, холоде, засухе и грибковой инфекции», — говорит Линдберг.

При дефиците кислорода растения меньше растут, а их листья желтеют. Линдберг и её исследовательская группа использовали мутантные растения, лишённые потенциально защитного гена, чтобы проверить, хуже ли они переносят моделируемое наводнение. Исследование показало, что листья мутантных растений желтели и отмирали — это означает, что ген играет роль в поддержании здоровья растения.

«Мы изучаем растение резуховидку Таля — Arabidopsis — которая является распространённым модельным растением, поскольку для неё идентифицированы все гены», — объясняет Линдберг.

Некоторые из мутантных растений производили меньше кальция по сравнению с диким типом при воздействии недостатка кислорода. Поэтому возможно, что количество кальция также защищает растение. Кальций — важная сигнальная молекула, уровень которой повышается внутри клеток при всех изученных типах стресса.

«Например, рис очень устойчив к недостатку кислорода и повышает уровень клеточного кальция гораздо сильнее, чем пшеница, которая крайне чувствительна к кислородному голоданию и не увеличивает уровень кальция в той же степени. Таким образом, сельскохозяйственные культуры различаются по степени уязвимости к дефициту кислорода», — говорит Линдберг.

Мутантные растения также производили меньше фосфатидной кислоты, которая также является важным вторичным мессенджером в периоды стресса у растений. Следующий шаг — исследовать, как растения отреагируют на недостаток кислорода, если вместо этого увеличить количество модифицированного гена PLD.

«Тогда, возможно, будет образовываться больше защитного кальция и фосфатидной кислоты, чтобы противодействовать эффекту кислородного дефицита. Я надеюсь, что в этой области будет проведено больше исследований. Это настоящая детективная работа, но важная для разработки новых устойчивых культур», — говорит профессор Линдберг.