Как растения справляются с жарой: генетические ключи к устойчивости канолы
Исследователи из Мельбурнского университета изучают, почему одни растения лучше переносят экстремальную жару, чтобы вывести новые устойчивые сорта. По прогнозам МГЭИК, к концу века средняя глобальная температура повысится на 3.7°C (±1.1°C), а с 1880 года рост уже составил 1°C.
Почему это важно?
«Понимание того, какие гены участвуют в первых стадиях реакции на экстремальную жару, необходимо, чтобы помочь растениям адаптироваться», — говорит профессор Прем Бхалла. Жара негативно влияет на развитие растений, что ведёт к потере урожайности.
Фокус на каноле
Исследование сосредоточено на каноле (Brassica napus L.) — третьей по важности масличной культуре в мире и третьей по масштабам выращивания в Австралии. Критическая температура для её роста в полевых условиях — 27–30°C. Температуры выше 32°C особенно влияют на половое размножение.
Эксперимент с «тепловой волной»
Учёные использовали климатические камеры, чтобы имитировать жару: растения подвергали воздействию 40°C в течение 30 минут и 4 часов.
- 4 часа жары: для изучения влияния на физиологию.
- 30 минут жары: для генетических исследований.
Результаты: резкое снижение репродуктивной функции
- Жизнеспособность пыльцы упала примерно с 90% до 25%.
- Прорастание пыльцы (способность образовывать пыльцевую трубку) снизилось с 62% до ~10%.
- При опылении нагретых пестиков нагретой пыльцой наблюдалось резкое снижение всхожести семян.
Это указывает, что вызванные жарой изменения в женских половых органах также сильно влияют на успешность опыления и итоговую урожайность семян.
Генетические изменения
Анализ генетического материала репродуктивных тканей показал:
- В пыльце снижение активности (down regulation) генов, связанных с организацией клеточной стенки и клеточным транспортом, коррелирует с ухудшением её здоровья и целостности.
- Экспрессия генов в женских половых органах также изменилась, что похоже на стресс-ответ на жару.
«Некоторые из этих генов участвуют в термо- и засухоустойчивости у других растений, например, кукурузы и томата. Цель — привить такую же устойчивость коммерческим сортам канолы», — поясняет профессор Бхалла.
Вывод и перспективы
Кратковременное воздействие высоких температур нарушает ключевые пути регуляции генетической активности и репродуктивные процессы канолы, что ведёт к потере урожая. Дальнейшее изучение выявленных генов и сетей открывает путь к генетическому улучшению термоустойчивости важных сортов.