Что раннее распускание почек говорит о генетике и изменении климата
Гены влияют на то, когда деревья выпускают листья весной. Понимание этого механизма может помочь ученым адаптировать деревья к изменению климата.
Один из верных признаков весны — яркий лаймово-зеленый оттенок деревьев, когда их почки раскрываются и появляются крошечные новые листья. Распускание почек (bud-break) — научное название этого процесса, за которым стоит сложный генетический механизм.
Но по мере того как климат становится все более непредсказуемым, поздние заморозки учащаются, и многие деревья начинают распускание почек слишком рано или слишком поздно. Для фермеров, выращивающих плодовые и орехоплодные деревья, а также виноград, неверное время распускания почек и заморозок могут означать разницу между хорошим урожаем и его полным отсутствием.
Например, поздние заморозки в 2007 году на востоке США привели к оценочным сельскохозяйственным потерям в 112миллионов * *, включая * *86 миллионов потерь урожая фруктов.
Понимание генетики распускания почек позволяет ученым модифицировать или отбирать сорта сельскохозяйственных культур, более устойчивые к таким угрозам.
Виктор Бусов и его коллеги из США и Швеции опубликовали новое исследование о транскрипционных факторах, ответственных за раннее распускание почек, в журнале Nature Communications.
Регуляция распускания почек
Ранее были идентифицированы транскрипционные факторы EBB1 и SVL, которые напрямую взаимодействуют, контролируя распускание почек. Теперь исследовательская группа идентифицировала и охарактеризовала ген EBB3.
EBB3 — это температурно-чувствительный регулятор распускания почек, контролируемый взаимодействием между генами и окружающей средой. Этот транскрипционный фактор обеспечивает прямую связь с активацией клеточного цикла во время распускания почек.
«Теперь мы знаем, что EBB3 обеспечивает прямую связь через сигнальный путь для деления этих клеток», — сказал Бусов. — «Как только мы нашли третий ген, мы начали собирать их в связный путь, что помогает увидеть общую картину».
Используя тополя и деревья flowering locus в теплицах, исследователи имитировали длину светового дня и температуру, а затем провели анализ экспрессии генов, чтобы определить, как транскрипционные факторы работают вместе, помогая деревьям определить, когда выпускать листья.
Климат и деревья
Климат оказывает глубокое влияние на генетические процессы, регулирующие распускание почек.
- Теплые зимы: В местах, где уже не бывает достаточно холода, деревья не получают необходимого воздействия холода, которое "перезагружает" рост. Это воздействие критически важно для сильного и равномерного цветения и распускания листьев.
- Поздние заморозки: Распускание почек — это вопрос времени; деревья не должны начинать рост листьев, пока не минует опасность заморозков. Случаи крайне поздних заморозков становятся более частыми, и исследования указывают, что их частота увеличивается из-за изменения климата.
«Поздние заморозки оказывают пагубное воздействие не только на плодовые деревья, приводя к потере урожая, но и на лесные деревья», — отмечает Бусов. — «Мороз негативно влияет на рост и наносит повреждения растущим органам, делая деревья уязвимыми для болезней и вредителей».
Проблема усугубляется тем, что деревья — такие долгоживущие организмы, что их эволюция не успевает за скоростью изменения климата.
«Для деревьев их адаптация — поколенческая, но их поколения настолько длинны, что и адаптация тоже длинна», — сказал Бусов. — «Нужен способ ускорить этот процесс. При быстрых изменениях нет времени на такую адаптацию».
Разрабатывая новые подходы для ускоренной адаптации деревьев, ученые надеются с помощью понимания генетических путей контролировать распускание почек, чтобы оно происходило точно в нужное время каждую весну. Это можно сделать с помощью генетической модификации или геномно-ассистированной селекции — традиционного процесса естественного отбора, основанного на научных знаниях.