Ледяное растение поможет бороться с последствиями глобального потепления для биоэнергетических культур
Неприметное ледяное растение (Mesembryanthemum crystallinum) может стать инструментом в борьбе с потеплением климата, которое угрожает сократить регионы, пригодные для выращивания культур на биотопливо. Биохимик и молекулярный биолог Джон Кушман из Университета Невады в Рино создаст генный атлас для этого растения, чтобы найти способы повысить устойчивость биоэнергетических культур к засолению и засухе.
Лаборатория Кушмана изучает функциональную геномику CAM (Crassulacean Acid Metabolism) — водосберегающего пути фотосинтеза, помогающего растениям выживать в сезонно засушливом климате. Объединенный институт генома (Joint Genome Institute, JGI) выбрал исследование Кушмана в качестве одного из 37 проектов своей программы Community Science Program (CSP).
«Цель программы по геномам растений-флагманов — создать генетические атласы для ряда целевых культур, важных для миссии Министерства энергетики США (DOE) как сырья для биотоплива», — сказал Кушман.
Исследователи стремятся понять, как экологический стресс и циркадные ритмы контролируют экспрессию CAM. Лаборатория проводит интегрированный анализ транскриптома, протеома и метаболома на примере ледяного растения, выживающего в экстремальных условиях.
«Мы выбрасываем в атмосферу углекислый газ и другие парниковые газы, средние температуры растут. Это приводит к большей потере воды растениями и повышает вероятность засухи. Одно из следствий глобального потепления — необходимость в ближайшем будущем создавать более засухоустойчивые растения», — пояснил Кушман.
Ледяное растение, происходящее из пустыни Намиб в Африке, стало первым видом, у которого удалось индуцировать переключение с C3-фотосинтеза (днем) на CAM-фотосинтез (ночью) под воздействием солевого стресса или нехватки воды. CAM-растения в 5–6 раз эффективнее используют воду, чем C3-растения.
«Мы составим каталог паттернов экспрессии генов, чтобы точно знать, какие гены важны для CAM. Затем мы сможем перенести эти гены в C3-растения, например, пшеницу, рис или тополь (древесное сырье для биотоплива), и надеемся повысить их эффективность использования воды», — заявил Кушман.
Проект рассчитан на несколько лет. Партнерство с JGI предоставит доступ к передовым ресурсам и оборудованию для продолжения исследований.
CAM присутствует более чем у 6% всех сосудистых растений из 36 различных семейств, что делает его широко распространенной экологической адаптацией.
Джон Кушман — профессор и директор программы по биохимии в Университете Невады, Рино. В 2017 году он был назван Исследователем года в системе высшего образования Невады. Он также руководит Инициативой по устойчивому земледелию в засушливых регионах в своем колледже.