Устойчивость к засухе — ключ к будущему биотопливного растения Jatropha

Международная группа учёных определила первый шаг к созданию более выносливого сорта Jatropha — потенциального биотопливного растения, для массового производства которого критически важна засухоустойчивость.

Семена Jatropha обладают высоким содержанием масла. Однако его потенциал в качестве биотоплива ограничен, поскольку для крупномасштабного производства этому кустарниковому растению требуется такой же уход и ресурсы, как и сельскохозяйственным культурам.

По словам профессора молекулярной генетики Джона Э. Карлсона, будущее Jatropha связано с её улучшением для выращивания на маргинальных, непригодных для производства пищи землях с помощью селекции и биотехнологий. Чем больше известно о генетической основе ключевых признаков, таких как засухоустойчивость, тем быстрее пойдёт прогресс.

В настоящее время Jatropha лучше всего растёт в тропических странах и уже в небольших масштабах культивируется в Индии, Юго-Восточной Азии и Африке. Выведение сорта, способного расти в засушливых, бесплодных условиях, могло бы открыть путь к массовому выращиванию, но до этого могут пройти десятилетия.

Исследование генов JcPIP

Исследователи изучили малоизвестный ген JcPIP1, поскольку похожий ген у модельного растения Arabidopsis играет роль в реакции на засуху. Также они рассмотрели ген JcPIP2, потенциально связанный с реакцией на засуху у Jatropha, идентифицированный в 2007 году. Результаты были опубликованы в Journal of Plant Physiology.

Гены JcPIP кодируют мембранные каналы — аквапорины, которые отвечают за транспорт и баланс воды в растении. Точная роль каждого гена в поведении аквапоринов при стрессе остаётся неясной, однако было обнаружено, что JcPIP1 и JcPIP2 экспрессируются в разное время в стрессовой ситуации, что указывает на их различные функции в реакции и восстановлении.

Эксперименты и результаты

Выращивая немодифицированные образцы Jatropha в условиях высокой засолённости почвы и нехватки воды, учёные показали, что растение обычно более уязвимо и медленнее восстанавливается после засоления, чем после засухи.

С помощью вируса табачной мозаики исследователи создали растения с временно отключённым геном JcPIP2 или JcPIP1. Модифицированные образцы подвергали шести дням стресса и шести дням восстановления, оценивая реакцию по физическим изменениям, повреждению корней, росту листьев, утечке электролитов в листьях, а также потоку и объёму сока.

Реакция на стресс у двух вариантов растений в условиях засухи была примерно одинаковой. Однако растения с отключённым JcPIP1 медленнее восстанавливались после повреждения солью.

Анализ частей растения на разных стадиях показал, что JcPIP2 был наиболее активен на ранних стадиях стресса, тогда как экспрессия JcPIP1 была выше во время восстановления. Это указывает на то, что JcPIP1 может быть критически важен для восстановления Jatropha после повреждений, а JcPIP2 — для их предотвращения.

Дальнейшие шаги

Как эти гены влияют на другие функции растения, остаётся неизвестным, и их роль во всей сети устойчивости к засухе требует дальнейшего изучения. Растения обладают сложными генетическими и биохимическими путями устойчивости к стрессу, включающими множество генов. Эта врождённая избыточность обеспечивает выживание в различных условиях и открывает множество возможных подходов к повышению устойчивости.

Следующим шагом, по мнению исследовательской группы, является изучение работы генов JcPIP на клеточном уровне, что позволит получить более детальный профиль точной функции каждого гена.