Способность растений к "воскрешению" зависит от сети генов, а не от одного "чудесного гена"

Некоторые растения могут месяцами обходиться без воды, чтобы позеленеть вновь после кратковременного дождя. Исследование Университетов Бонна и Мичигана показывает, что эта способность — не результат работы одного "чудесного гена". Она является следствием целой сети генов, почти все из которых присутствуют и в более уязвимых видах. Результаты опубликованы в The Plant Journal.

Учёные детально изучили растение-воскреситель Craterostigma plantagineum. После месяцев засухи оно кажется мёртвым, но небольшого количества воды достаточно для его возрождения.

Геном растения имеет восемь копий каждой хромосомы

Полный геном Craterostigma plantagineum оказался октоплоидным: растение имеет восемь копий каждой хромосомы, в то время как большинство животных, включая человека, — диплоидны (две копии).

"Такое умножение генетической информации наблюдается у многих растений, эволюционировавших в экстремальных условиях", — объясняет профессор Доротея Бартельс (IMBIO, Университет Бонна).

Вероятная причина: если ген присутствует в восьми копиях вместо двух, его можно "считывать" в принципе в четыре раза быстрее. Это позволяет очень быстро производить большие количества необходимого белка, что важно для устойчивости к засухе.

У Craterostigma некоторые гены, связанные с устойчивостью к засухе, реплицированы дополнительно. К ним относятся ELIPs ("early light inducible proteins" — белки, индуцируемые светом на ранней стадии), которые быстро активируются светом и защищают от окислительного стресса.

"Craterostigma имеет почти 200 генов ELIP, которые почти идентичны и расположены крупными кластерами по десять или двадцать копий на разных хромосомах", — говорит Бартельс.

Таким образом, устойчивые к засухе растения, вероятно, могут использовать обширную сеть генов, которую можно быстро активировать в условиях засухи.

Большинство видов "умеют" быть устойчивыми к засухе

Гены, обеспечивающие устойчивость к засухе, есть и у засухочувствительных видов, но в меньшем количестве копий. Это неудивительно: семена и пыльца большинства растений часто способны прорастать после длительного отсутствия воды, то есть у них тоже есть генетическая программа защиты от засухи.

"Однако эта программа обычно выключается при прорастании и не может быть реактивирована впоследствии, — объясняет ботаник. — У растений-воскресителей, в отличие от других, она остаётся активной".

Следовательно, устойчивость к засухе — это то, что может подавляющее большинство растений. Гены, обеспечивающие эту способность, вероятно, возникли очень рано в ходе эволюции. Однако эти сети более эффективны у устойчивых видов и, кроме того, активны не только на определённых стадиях жизненного цикла.

Исследование с участием учёных из Университета Дюссельдорфа также показало, что не каждая клетка Craterostigma plantagineum имеет одинаковую "программу засухи". Например, во время высыхания в корнях активны другие гены сети, чем в листьях. Листьям, которым необходимо защищаться от повреждающего воздействия солнца, в этом помогают, например, ELIPs.

Исследование улучшает понимание того, почему некоторые виды так мало страдают от засухи. В долгосрочной перспективе оно может способствовать выведению сельскохозяйственных культур (пшеницы, кукурузы), лучше справляющихся с засухой, что особенно актуально в условиях изменения климата.