Расшифрованы генетические секреты стрессоустойчивых мангровых деревьев
Мангровые деревья растут в суровых условиях на границе суши и океана, где уровень солёности быстро меняется, а кислорода мало. Большинство растений в таких условиях погибло бы, но мангровые эволюционно выработали устойчивость к стрессу.
Исследователи из Окинавского института науки и технологий (OIST) расшифровали геном мангрового дерева Bruguiera gymnorhiza и выяснили, как этот вид регулирует активность генов для борьбы со стрессом. Результаты, опубликованные в New Phytologist, могут в будущем помочь повысить устойчивость других растений.
Мангровые леса — важная экосистема: они защищают берега от эрозии, фильтруют воду и служат «детскими» для рыб. Они также борются с глобальным потеплением, накапливая в четыре раза больше углерода на единицу площади, чем тропический лес. Однако из-за деятельности человека и роста уровня моря они могут исчезнуть уже через 100 лет.
Учёные заметили, что особи Bruguiera gymnorhiza, растущие у океана (высокая солёность), были низкими (1–2 метра), а вверх по реке (меньшая солёность) — достигали 7 метров. Низкорослые деревья не были больными, что указывает на адаптивную реакцию на стресс.
Эта адаптация происходит за счёт эпигенетических изменений — химических модификаций ДНК, регулирующих активность генов в ответ на среду.
Расшифровка генома показала, что он содержит 309 миллионов пар оснований и 34 403 гена — это больше, чем у других известных видов мангров. Почти половина генома состоит из повторяющихся последовательностей, причём более четверти — это транспозоны («прыгающие гены»).
Обычно у мангровых деревьев маленькие геномы с подавленными транспозонами, так как их активность вредна в стрессе. Учёные предполагают, что Bruguiera gymnorhiza, будучи более древним видом, возможно, не выработал эффективного механизма подавления.
Исследование активности генов у деревьев в условиях высокой и низкой солёности (в природе и в лаборатории) показало:
- При солевом стрессе повышается активность генов, подавляющих транспозоны, и снижается активность генов, их активирующих.
- На ДНК транспозонов найдены химические модификации, снижающие их активность.
- Также повышается активность генов, связанных с ответом на стресс (включая реакцию на нехватку воды), а фотосинтез, судя по активности генов, снижается.
Это указывает, что важный механизм борьбы с солевым стрессом — это «заглушение» транспозонов.
В будущем команда планирует изучить влияние сезонов, температуры и осадков на активность генома мангров. Это исследование закладывает основу для понимания регуляции генома в экстремальных условиях и может помочь в создании более стрессоустойчивых растений.