Учёные обнаружили ключевую роль половых различий мхов в накоплении углерода

Исследование того, как сфагновые мхи способствуют накоплению огромных объёмов углерода в торфяниках, привело к неожиданному открытию: у этих растений есть половые различия, которые влияют на процесс связывания углерода.

Это понимание поможет исследователям лучше изучить, как мхи переносят стрессовые условия, включая условия потепления климата.

Команда учёных под совместным руководством Национальной лаборатории Ок-Ридж Министерства энергетики США секвенировала геном двух ключевых видов Sphagnum — растений, доминирующих в торфяниках. Несмотря на покрытие всего 3–5% суши Земли, они накапливают около трети почвенного углерода мира. Сфагновые мхи считаются главными инженерами долгосрочного хранения углерода в торфе: они поддерживают влажность болот, подкисляют среду и замедляют разложение растений, что удерживает углерод в почве. Живой и мёртвый Sphagnum, вероятно, хранит больше углерода, чем любой другой род растений.

Однако этим уникальным заболоченным торфяникам угрожает повышение температуры, которое может их высушить и снизить их способность поглощать и удерживать углерод. Исследования в рамках масштабного эксперимента SPRUCE (Spruce and Peatland Responses Under Changing Environments) в северной Миннесоте показали, что потепление превращает торфяники из накопителей углерода в его источники.

Чтобы лучше понять генетику круговорота углерода в торфе, учёные ORNL совместно с исследователями из Института биотехнологии ХадсонАльфа, Объединённого института генома (JGI), Университета Дьюка и других организаций секвенировали полный геном двух видов Sphagnum — S. divinum и S. angustifolium, присутствующих на площадке SPRUCE. Учёные ORNL также создали популяцию мхов с известной родословной, чтобы связать гены с признаками растений.

Исследование выявило крошечные хромосомы, определяющие, является растение мужским или женским. Также обнаружено, что эти половые хромосомы взаимодействуют с другими хромосомами, регулируя реакцию растения на стресс. Этот результат, описанный в Nature Plants, важен не только для выживания мхов, но и для их роли в накоплении и удержании углерода.

"Скорость роста этих видов Sphagnum зависит как от генотипа растения, так и от окружающей среды, и эта зависимость определяется полом растения", — отметил эволюционный биолог Брайан Пятковски.

Открытие может привести к научным решениям, помогающим сфагнуму пережить изменение климата. Знание генетики этих растений, ответственных за хранение углерода в экосистемах, может дать понимание, как помочь торфяникам оставаться поглотителями углерода, а не превращаться в чистые источники парниковых газов (CO₂ и CH₄) при потеплении.

"Наличие половой хромосомы вместе с взаимодействиями с неполовыми хромосомами и условиями окружающей среды влияет на способность растения выживать и адаптироваться к суровым условиям", — сказал молекулярный биолог растений Дэйв Уэстон. Понимание этих факторов важно для оценки устойчивости экосистемы к изменению климата и её способности секвестрировать углерод.

Пятковски добавил, что анализ родословной позволяет по-новому взглянуть на то, как Sphagnum взаимодействует с симбиотическими микробами. Например, отношения с бактериями могут помочь растениям выжить в более тёплых условиях в будущем. Генетические ресурсы, разработанные в рамках проекта, теперь позволяют исследовать преимущества микробиома растения при стрессе на молекулярном уровне.