Как растёт сад в космосе?

Астронавтам на низкой околоземной орбите не помешал бы свежий салат в дополнение к сублимированным блюдам. Однако микрогравитация космической среды может влиять на рост растений способами, которые мы только начинаем понимать. В исследовании, опубликованном в недавнем выпуске журнала Applications in Plant Sciences, доктора Анна-Лиза Пол и Роберт Ферл с коллегами из Лаборатории космических растений Университета Флориды показали, что два разных транскриптомных подхода можно использовать для понимания того, как субкомпоненты органов растений реагируют на космическую среду.

RNA-Seq и микрочипы — это два метода анализа экспрессии генов (транскриптома) в определённой ткани. Обе техники количественно определяют молекулы мРНК — посредника между генами и кодируемыми ими белками, что даёт массу информации о реакции организма на условия среды. «Когда мы изучаем ткань растений, которые провели всю жизнь на космической станции, мы можем увидеть лежащие в основе механизмы, которые они используют для физиологической адаптации к этой новой среде, — сказала доктор Пол, автор-корреспондент исследования. — Другими словами, какие метаболические "инструменты" они задействуют».

Оба метода, RNA-Seq и микрочипы, можно адаптировать для работы с очень маленькими образцами тканей, что крайне важно из-за огромной стоимости космических экспериментов. Однако у техник есть ключевые различия. Для микрочипов требуется разработка чипа для анализа экспрессии известных генов, в то время как RNA-Seq предполагает секвенирование всей РНК без привязки к конкретным транскриптам. В соответствии с предыдущими исследованиями авторы обнаружили, что у каждого метода есть относительные преимущества. RNA-Seq выявил экспрессию гораздо большего числа генов, включая малоизученные, а микрочипы обнаружили некоторые потенциально важные гены, релевантные для космического полёта, которые экспрессировались на низком уровне и не были выявлены RNA-Seq.

Транскриптомика также позволяет показать, как разные ткани одного организма реагируют на один и тот же стимул. Авторы сравнили экспрессию генов в двух зонах корня, основываясь на работе первого автора, доктора Апарны Кришнамурти. «Одним из постдокторских проектов доктора Кришнамурти была оптимизация подхода, позволяющего заглянуть в транскриптом двух самых интересных областей кончика корня — самого кончика, где находятся корневой чехлик и меристематическая зона, и области сразу за кончиком, где происходит удлинение, — сказала доктор Пол. — Кончик корня — это "мозг" корня растения. Клетки в пределах первого полумиллиметра отвечают за восприятие и обработку большей части информации, которую корень растения собирает из окружающей среды — обнаружение силы тяжести (или её отсутствия), направления света, пути к воде и минералам и так далее».

Понимание реакции растений на космическую среду критически важно для успешного обеспечения астронавтов свежей пищей. «Информация, полученная сегодня сообществом исследователей космических полётов и освоения космоса, будет определять развитие растениеводства и инженерии сред обитания, необходимых для успешного использования растений в будущих исследовательских инициативах», — отметила доктор Пол. В ближайшем будущем потребность в зелени станет более насущной: растения, выращенные в космосе, смогут обеспечить свежую, здоровую пищу, кислород и кусочек дома для растущего числа людей в тесных космических станциях, во время долгих путешествий или, однажды, на других планетах.