Углубленное изучение реакции растений на засуху

Засуха веками была бичом сельского хозяйства. Ученые предполагают, что причина выживания растений в условиях засухи может быть связана с их генетической программой и метаболической активностью. Недавнее исследование углубилось в метаболические основы растений, чтобы понять, что происходит, когда они подвергаются длительному стрессу от засухи вплоть до гибели.

Засуха может вызывать старение растений, убивая клетки. Меньшее количество клеток означает меньшую потребность в воде, а оставшиеся клетки могут использовать питательные вещества. Этот процесс, называемый сенесценцией, способствует выживанию растения, но может иметь разрушительные последствия для урожайности. По мере потепления климата и уменьшения количества осадков в некоторых регионах мира ученым, фермерам и биоинженерам необходимо понимать процессы гибели и выживания сельскохозяйственных культур при длительной засухе. Информация, полученная в этом исследовании, может помочь прогнозировать акклиматизацию к засухе и повысить засухоустойчивость биоэнергетических и пищевых культур.

Ученые из EMSL (Environmental Molecular Sciences Laboratory), Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории и Университета штата Вашингтон оценили морфологические, физиологические и метаболические реакции растений на длительный водный дефицит. Они выбрали Brachypodium distachyon — засухоустойчивую траву, произрастающую в умеренном климате, отчасти потому, что Объединенный институт генома разработал для этого растения надежный геном. Понимание генома растения позволило команде легче отслеживать метаболическую активность.

Используя Лабораторию наук о растениях в EMSL, ученые сравнили изменения биомассы, водного потенциала листьев и уровня хлорофилла у растений по мере того, как они получали медленно уменьшающееся количество воды. Это засухоустойчивое лечение привело к снижению всех измеряемых характеристик роста и повлияло на несколько физиологических параметров, включая содержание хлорофилла, фитола и антиоксидантов.

Метаболиты, предназначенные для защиты растения от повреждений окружающей среды, увеличились, как и ожидалось, но их количество продолжало меняться даже тогда, когда растения визуально состарились. Это открытие предполагает, что листья растений, подвергшихся длительной засухе и полностью изменивших цвет, продолжали поддерживать метаболические реакции, не связанные напрямую с клеточной дезинтеграцией.

Результаты исследования дают представление о процессах, лежащих в основе устойчивой метаболической активности во время длительного водного дефицита, и могут помочь в выявлении механизмов засухоустойчивости у растений.