Обнаружен ген распускания почек, который может помочь создать деревья, адаптированные к изменению климата

Ученые подтвердили функцию гена, контролирующего пробуждение деревьев от зимнего покоя. Этот фактор критически важен для способности деревьев приспосабливаться к изменениям окружающей среды, связанным с изменением климата.

Хотя другие исследователи уже идентифицировали гены, участвующие в появлении первых зеленых листьев весной, открытие главного регулятора у тополей (Populus spp.) может в перспективе привести к выведению растений, лучше адаптированных к более теплому климату.

Результаты исследования, начавшегося более десяти лет назад в Университете штата Орегон (Oregon State University), были опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences учеными из Мичиганского технологического университета (Michigan Tech) и Университета штата Орегон.

«Никто никогда не выделял контролирующий ген для этого времени у дикорастущего растения, за пределами Arabidopsis — небольшого цветкового растения, родственного горчице и капусте», — сказал соавтор работы Стив Штраус. «Это первый случай, когда ген, контролирующий время распускания почек у деревьев, был идентифицирован».

Годовые циклы — когда деревья распускают листья, цветут, уходят в состояние покоя — помогают им адаптироваться к изменениям в сигналах окружающей среды, но генетика должна успевать за этими изменениями.

Хотя деревья обладают генетическим разнообразием для адаптации к текущим условиям, климатические модели предполагают, что в будущем температурные режимы и режимы осадков во многих частях мира могут подвергнуть деревья более стрессовым условиям. Эксперты полагают, что некоторые виды деревьев могут не успеть адаптироваться к этим изменениям достаточно быстро, будь то путем адаптации или миграции. В результате здоровье лесов может ухудшиться, деревья могут исчезнуть из мест своего нынешнего обитания, а некоторые виды даже вымереть.

Штраус назвал подтверждение функции гена распускания почек — который ученые сокращенно назвали EBB1 — «первым шагом» в развитии способности целенаправленно создавать адаптивность деревьев в будущем.

Как работает ген EBB1

Исследователи проследили функцию EBB1 в почках и других тканях растений, ответственных за появление первых зеленых побегов весны. Они создали модифицированные деревья, которые:

• Сверхэкспрессировали ген EBB1 и выходили из состояния покоя раньше в году.
• Имели пониженную активность EBB1 и выходили из покоя позже.

«Отсутствие EBB1 во время покоя позволяет дереву пройти через физиологические, развивающие и адаптивные изменения, ведущие к состоянию покоя, — объяснил Виктор Бусов, — в то время как экспрессия EBB1 в специфических клеточных слоях перед распусканием почек позволяет реактивировать рост в клетках, которые развиваются в побеги и листья, и вернуться в активную фазу роста дерева».

Исследование началось, когда Штраус заметил, что тополя на экспериментальном поле в Орегоне пробуждаются раньше других. Одно апрельское утро он обнаружил четыре саженца на участке в 2,5 акра, которые выпускали листья как минимум на неделю раньше всех остальных деревьев.

Ученые выяснили, что EBB1 кодирует белок, который помогает возобновить деление клеток в части дерева, известной как меристема (аналог стволовых клеток у животных). EBB1 также играет роль в подавлении генов, подготавливающих деревья к покою осенью, и в других процессах, таких как круговорот питательных веществ и рост корней, критически важных для выживания. В общей сложности они обнаружили почти 1000 других генов тополя, активность которых зависит от EBB1.

В ближайшее время селекционеры вряд ли будут использовать это открытие, так как они обычно полагаются на большие кластеры генов, связанных с конкретными признаками. Однако по мере идентификации большего числа генов такого типа возможности для выведения или создания деревьев, адаптированных к экстремальным условиям, будут расти.