Гены для адаптации плодов к засухе
В условиях изменения климата, ведущего к более частым засухам, исследователи ищут способы помочь растениям адаптироваться к длительному водному стрессу.
Учёные из Института Бойса Томпсона и Корнеллского университета провели первое всестороннее исследование изменений экспрессии генов в ответ на водный стресс у плода — томата (Solanum lycopersicum). Работа выявила гены, которые могут помочь селекционерам создать плоды, устойчивые к засухе.
Исследование, опубликованное в декабрьском номере Plant Physiology, возглавила Кармен Катала, доцент BTI и старший научный сотрудник Школы интегративных наук о растениях (SIPS) в Корнелле. В команду также вошли профессора SIPS Джоселин Роуз, Джим Джованнони, Чжанцзюнь Фэй и Лукас Мюллер.
Ключевые результаты исследования
- Уникальный тканевый ответ: Учёные проанализировали экспрессию генов в листьях и шести органах плода (перикарп, плацента, перегородка, колумелла, желеобразная часть и семена) на двух стадиях (растущий и зрелый плод) при четырёх уровнях водного стресса (отсутствует, слабый, средний, сильный).
- Специфичность реакции: Менее 1% генов, чья экспрессия изменилась из-за водного стресса, были общими для всех шести тканей плода. Более 50% затронутых генов оказались специфичны только для одной конкретной ткани.
- Потенциальные "гены-кандидаты": Идентифицированы гены, участвующие в реакции на водный стресс. Они могут стать мишенями для селекции не только томатов, но и других сочных плодов (винограда, яблок) на устойчивость к засухе.
Неожиданные положительные эффекты
В отличие от негативных последствий сильной засухи (физиологические нарушения, потеря плодов), лёгкий стресс может иметь положительные стороны:
- Повышение уровня ликопена (антиоксиданта с доказанной пользой для здоровья) в зрелых плодах.
- Усиление биосинтеза крахмала, что потенциально может сделать томаты слаще.
"Обучение" устойчивости следующего поколения
Исследователи обнаружили эффект "тренировки":
- Саженцы, выращенные из семян растений, переживших стресс, демонстрировали лучшую способность к восстановлению после засухи по сравнению с саженцами от контрольных растений.
- В зрелых семенах выявлены гены, экспрессия которых индуцируется водным стрессом. Они могут играть ключевую роль в передаче устойчивости следующему поколению растений.
Сложности исследования
Работа с плодами технически сложнее, чем большинство исследований засухи, которые фокусируются на корнях и листьях проростков:
- Сильный стресс у взрослых растений препятствует цветению и формированию плодов.
- Выращивание взрослых растений для изучения плодов требует больше времени, пространства и ресурсов.