Генетические факторы лесной земляники повышают устойчивость к холоду

Изменение климата сдвигает сезоны, подвергая сельскохозяйственные культуры экстремальным нагрузкам. Например, внезапные заморозки поздней весной могут быть губительны для садовой земляники. Дикие виды, напротив, часто более устойчивы.

Исследователи из Карлсруэского технологического института (KIT) и их партнеры расшифровали реакции лесной земляники (Fragaria vesca) на холод, чтобы в будущем выращивать более устойчивые сорта. Результаты опубликованы в Journal of Experimental Botany.

В прошлом селекция была в основном направлена на продуктивность — в ущерб устойчивости. «Из-за изменения климата даже современному сельскому хозяйству становится сложнее компенсировать недостаток устойчивости у культур, вызванный удобрением и уходом за полями, — говорит профессор Питер Ник из Института наук о растениях им. Йозефа Готлиба Кёльройтера KIT. — Поэтому дикие растения и их генетические факторы устойчивости становятся для сельского хозяйства все важнее».

Его команда исследовала холодоустойчивость лесной земляники, заложив основу для будущих более устойчивых селекционных линий. Для работы ученые использовали Немецкий генный банк диких родственников культурных растений.

Причины устойчивости расшифрованы

В сравнительном исследовании ученые сначала определили холодоустойчивые и холодочувствительные генотипы лесной земляники. Пара контрастных по устойчивости к холоду генотипов позволила выявить физиологические, биохимические, молекулярные и метаболические процессы, связанные с холодоустойчивостью.

«Мы смогли наблюдать конкретные различия в том, как они справляются с холодовым стрессом», — говорит Ник. С одной стороны, это различия, существовавшие еще до наступления стресса. «Определенные холод-регулируемые гены гораздо более выражены у холодоустойчивого генотипа. Они обеспечивают выработку белков, которые действуют как собственная антифризная защита клетки и защищают мембрану от повреждений при замерзании».

С другой стороны, есть различия, вызванные именно холодовым стрессом. Как объясняет Ник, для растения это сначала просто физический сигнал: «Холод делает жесткой мембрану растительной клетки, что влияет на транспортные процессы и активность ферментов».

Этот физический сигнал затем должен быть эффективно преобразован в химический и достичь ядра клетки. «Мы определили гены, которые особенно важны в этой каскаде холод-сигналов и обеспечивают успешный ответ устойчивой лесной земляники», — говорит Ник.

Устойчивость к холоду можно перенести на культурную землянику

Результаты исследования имеют большую ценность для сельского хозяйства. «В будущем мы сможем использовать эти результаты для выращивания земляники, которая, например, производит больше антифризного белка, — говорит Ник. — Для этого не нужна генная инженерия, достаточно обычной гибридизации. Опираясь на наши молекулярные знания, мы сможем быстро отбирать подходящие растения».

По мнению Ника, это исследование также демонстрирует важность генбанков: «Пример лесной земляники показывает, что анализ диких видов может помочь сделать сельское хозяйство более устойчивым и жизнеспособным в будущем».