Ученые определили ключевую фазу устойчивости томатов к жаре

Биологи из Университета Брауна, изучая сорта томатов, плодоносящие в исключительно жаркие сезоны, выявили фазу роста, когда растения наиболее уязвимы к экстремальной жаре, и молекулярные механизмы, обеспечивающие их термоустойчивость.

Исследование, опубликованное в Current Biology, может помочь в защите продовольственных ресурсов в условиях нестабильности климата. Продуктивность сельского хозяйства особенно уязвима к изменению климата, и прогнозируется, что рост температур снизит урожайность на 2.5%–16% за каждые дополнительные 1°C сезонного потепления.

Ученые экспериментировали с ускорением адаптации сортов томатов, взяв уроки у эволюции. Естественный отбор уязвимых сортов (например, Heinz) в пользу термоустойчивых занял бы слишком много времени и мог бы поставить под угрозь их коммерчески важные качества.

Цель исследования — понять терморегуляцию на молекулярном и клеточном уровне, чтобы улучшить коммерческие сорта, сохранив их свойства, но устранив уязвимость к жаре. Со временем можно накапливать различные механизмы устойчивости по мере изменения условий.

Репродуктивная фаза растений — ключевая область

Лаборатория сосредоточилась на фазе роста пыльцевой трубки в репродуктивном цикле — периоде после попадания пыльцы на рыльце, который ранее был мало изучен в контексте теплового стресса.

Исследователи изучили различные термоустойчивые сорта томатов, родом из Филиппин, России и Мексики, выращенные в Центре растительной среды Брауна. В сотрудничестве с Университетом Аризоны они анализировали, как тепловой стресс влияет на рост пыльцы в цветке.

Эксперименты показали, что воздействие высокой температуры исключительно во время фазы роста пыльцевой трубки сильнее ограничивает производство плодов и семян у термочувствительных сортов, чем у устойчивых. Пыльцевые трубки термоустойчивого сорта Tamaulipas демонстрировали усиленный рост при высокой температуре.

Молекулярный анализ пыльцевой трубки этих томатов позволил определить конкретные механизмы, связанные с термоустойчивостью.

Томаты — идеальный объект для такого исследования, так как разные сорта адаптированы к разным экстремальным климатам, что дает представление о вариациях в ответах на условия среды. Кроме того, томаты являются важной коммерческой культурой во многих странах, включая уязвимые к экстремальной жаре регионы.

Перспективы применения

Следующий шаг — определение конкретных методов для обеспечения роста томатов в разных климатических условиях. В перспективе можно разработать малое молекулярное соединение, которое «подготовит» пыльцу растений к выживанию в период жары.

Фермер мог бы применять такой продукт, когда прогноз погоды предсказывает две недели высоких температур во время фазы роста пыльцевой трубки, чтобы изменить экспрессию генов и сделать пыльцу устойчивой к жаре.

Хотя подобные манипуляции — дело будущего, эта область исследований открыта для изучения.