Создание более устойчивых к климату "стрессоустойчивых" картофелей

Жара, засухи и наводнения — вся природа находится в стрессе, и картофель не исключение. Как продовольственная культура, он вызывает особый интерес в контексте адаптации к новой климатической реальности. В рамках четырёхлетнего проекта ЕС ADAPT международная команда под руководством Венского университета с участием Боннского университета исследовала, как этого можно достичь.

Исследователям удалось определить конкретные характеристики и молекулярные реакции, которые могут быть решающими для будущего выращивания картофеля. Эти последние результаты планируется внедрить в практику в последующем проекте.

Картофель — одна из важнейших продовольственных культур в мире. Главная угроза для будущей урожайности и качества этого основного продукта — его высокая восприимчивость к жаре и засухе. Эти два явления, вызванные изменением климата, теперь происходят всё чаще, вместе или последовательно.

Периоды жары и засухи часто следуют за региональными наводнениями из-за сильных дождей, которые могут уничтожить целые урожаи за несколько дней. Однако до недавнего времени было мало известно о том, как картофель реагирует на такие множественные стрессы.

После четырёх лет интенсивных исследований международная команда под руководством Венского университета предоставила важные фундаментальные данные о том, как можно повысить устойчивость культуры к изменению климата. Учёные получили ценные результаты о реакции растений картофеля на жару, засуху и переувлажнение почвы из-за затопления полей.

Они брали образцы растений в критические фазы роста и проводили измерения, чтобы изучить на молекулярном уровне специфические характеристики и адаптивные реакции, которые помогут в будущем выводить лучше приспособленные сорта.

В полевых испытаниях, охвативших территории от Испании и Сербии до Австрии и Нидерландов и включавших около 50 сортов, выращенных в различных климатических условиях, команда выявила значительные различия в стабильности урожайности отдельных сортов.

Хотя многие сорта часто дают более высокие урожаи в идеальных условиях, экстремальные стрессовые условия последних лет показали, что сорта с несколько меньшей урожайностью оказались особенно стабильными по урожайности в условиях стресса. Возник вопрос: что делает эти сорта более устойчивыми к экстремальной засухе и жаре?

Для ответа на него полевые испытания были дополнены экспериментами в теплицах и лабораториях, где стрессовые условия можно точно регулировать, а реакции на стресс наблюдать на клеточном уровне — практически "вживую".

Например, в Боннском университете рабочая группа профессора Уте Фоткнехт из Института клеточной и молекулярной ботаники совместно с коллегами из Даремского университета и Университета Фридриха-Александра в Эрлангене-Нюрнберге разработала сорта картофеля, позволяющие анализировать вторичные мессенджеры, такие как кальций. Они играют ключевую роль в передаче воспринятых изменений условий окружающей среды в клеточные ответы.

Эксперименты позволили команде ADAPT отслеживать метаболические изменения на основе паттернов экспрессии генов, гормонов или метаболитов и идентифицировать специфические "стрессовые сигнатуры". Таким образом, исследователи заложили ценную основу для разработки маркеров для будущего выращивания картофеля.

Проект ЕС ADAPT объединил взаимодополняющий опыт 10 ведущих научно-исследовательских институтов, четырёх производителей картофеля, разработчика скрининговых технологий, агентства и некоммерческого альянса ЕС для изучения механизмов, лежащих в основе устойчивости картофеля к множественным стрессам.

«Именно эта комбинация позволила нам решать такие сложные задачи на таком высоком уровне, опираясь на потребности сообщества и различных заинтересованных сторон», — объясняет подход команды руководитель проекта, клеточный биолог из Венского университета доктор Маркус Тайге. — «Я считаю, что это правильный путь для будущих исследований в области создания более устойчивых к климату культур, и его следует придерживаться в последующих проектах».