Загрязнённая почва может быть полезна для деревьев

Способность переносить некоторые формы загрязнения почвы может давать деревьям преимущество в естественной среде, считают биологи растений из Монреальского университета. Их результаты опубликованы на этой неделе в BMC Plant Biology.

Растения с высокой химической толерантностью можно использовать для восстановления земель, загрязнённых тяжёлыми металлами или нефтепродуктами (около 30 000 таких участков в Канаде и 342 000 в Европе), с помощью процесса фиторемедиации. Исследователи сравнили молекулярный ответ ив, растущих в загрязнённой и незагрязнённой почве, и обнаружили, что несколько генов растений экспрессировались по-разному.

«Однако самый увлекательный результат заключается в том, что генетическая информация (РНК) от других организмов, таких как грибы, бактерии и насекомые, также была дифференциально экспрессирована в тканях растений. Примечательно, что 99% РНК от паутинных клещей, обычного вредителя растений, было в большем количестве у деревьев, растущих без загрязнения», — пояснил Николя Бреретон, соавтор исследования. «Это позволяет предположить, что деревья, растущие в загрязнённых почвах, могли среагировать таким образом, что стали менее подвержены атакам травоядных, подготовив свой защитный механизм».

Очистка загрязнённых участков, часто занимающих многие гектары, дорога и сама по себе может оказывать сильное воздействие на окружающую среду. «Растения для фиторемедиации должны обладать очень высокой толерантностью к загрязнению, а также высокой биомассой. Эта вторая черта приносит дополнительную ценность процессу фиторемедиации, помимо прямой пользы восстановления земли», — сказал Бреретон. Ивы короткого цикла ротации — одни из самых высокоурожайных деревьев, способных производить очень большое количество древесины в умеренных регионах за короткое время и требующих низкого азотного удобрения. «Производя высокие урожаи, мы можем использовать полученную биомассу, например, древесину, для таких процессов, как производство лигноцеллюлозной биоэнергии. Мы называем интеграцию этих двух взаимодополняющих преимуществ выращиванием с добавленной стоимостью».

Обмен генетической информацией, который идентифицировали исследователи, соответствует новой области в биологии, которая быстро расширилась с появлением современных технологий секвенирования нового поколения: системно-биологическому подходу, относящемуся к «метаорганизму». Исследователи под руководством Мишеля Лабрека, Фредерика Пита и Симона Жоли рассматривают все взаимодействующие организмы как единую динамическую биологическую сущность, чтобы понять природную сложность.

«Одно из крупных открытий, которое мы исследуем, заключается в том, что когда вы извлекаете генетическую информацию из любой растительной ткани, например РНК, вы всегда также находите генетическую информацию от грибов, бактерий и даже животных, таких как насекомые и паукообразные. В данном случае защита дерева от загрязнения, которое является абиотическим стрессом, улучшает устойчивость к паутинным клещам, биотическому стрессу», — сказал Эммануэль Гонсалес, соавтор исследования. «Важный момент здесь в том, что гены были включены у множества взаимодействующих организмов. Это то, что мы называем метатранскриптомикой, где "мета" относится к метаорганизму, а "транскриптом" — к активации генов. Возможность получить такую всеобъемлющую картину генетики очень нова. Хотя перекрёстная толерантность известна у деревьев, она ещё не была задокументирована в контексте фиторемедиации и, конечно, не с использованием этой передовой технологии секвенирования нового поколения».

Хотя ранние эксперименты исследователей проводились в теплицах, сейчас они повторяют работу на взрослых деревьях, выращенных на реальных загрязнённых участках. «Мы уже обнаружили схожие взаимодействия с паукообразными и насекомыми; количество взаимодействующих организмов, особенно грибов, необычайно велико, часто достигает сотен для данной растительной ткани, если она выращена вне лаборатории», — сказал Гонсалес.