Что поможет растениям выживать в любых условиях
Ученые давно говорят о том, что изменение климата приведет к затяжным периодам засухи, которые во многом изменят флору и фауну на нашей планете. Ожидается, что часть растений может не пережить засуху, поэтому ученые-генетики пытаются выяснить, что может помочь различным культурам адаптироваться к новым условиям.
И, кажется, исследователи из Института Бойса Томпсона и Корнеллского университета стали на шаг ближе к этому открытию. Специалисты решили изучить изменения в генах томата или помидора (Solanum lycopersicum) в ответ на нехватку воды. Ученые хотели выяснить, какие конкретно изменения происходят в геноме плода, если поместить его в непривычные и очень некомфортные условия. Так генетики надеялись идентифицировать гены, которые помогут селекционным растениям справляться с засухой.
«Мы идентифицировали ряд генов, которые участвуют в реакции на стресс, когда томаты оказываются в новых для них условиях. В дальнейшем с помощью технологии редактирования генома удастся изначально выращивать растения с сильными генами, которым будет не страшна засуха и другие климатические изменения», — пишут авторы исследования.
Причем эта информация будет актуальна не только для томатов, но и для яблок, винограда, груш и любых других овощей и фруктов.
В ходе исследования ученые-генетики изучили экспрессию генов в листьях томатов, а также в других органах плода: околоплоднике, семенах, плаценте и плодоножке. Эксперимент проводили в два разных этапа: во время роста и созревания плода, а также в четырех различных условиях водного стресса (отсутствие засухи, умеренная засуха, средняя и сильная засуха).
Исследователи обнаружили, что все части овоща в разные этапы претерпевали уникальные изменения. Так, менее 1% экспрессируемых генов, на которые повлиял стресс от засухи, были распределены между всеми органами плода, и более 50% пораженных генов были специфичны для одного участка.
Например, исследователи обнаружили, что водный стресс увеличивает количество ликопина в спелых фруктах. Напомним, что ликопин — каротиноидный пигмент, определяющий окраску плодов некоторых растений, например томатов, гуавы, арбуза. Еще ликопин — это природный антиоксидант, который имеет документально подтвержденную пользу для здоровья. Также генетики выяснили, что фрукты и овощи, которые в процессе созревания столкнулись с засухой, также имеют более высокий уровень биосинтеза крахмала, что может привести к получению более сладких томатов.
В отличие от негативных последствий засухи, которые естественно вызывают снижение качества плода, а также могут привести к его полной потери, существуют некоторые положительные эффекты, связанные с засухой — по крайней мере, при умеренной засухе.
А самое главное то, что авторы исследования поняли механизм, благодаря которому можно «натренировать» помидоры, чтобы они были более устойчивыми к будущим засухам.
«Когда мы посеяли семена, обнаружилось, что проростки томатов, которые уже испытали стресс от засухи, показали лучшее восстановление и дали лучший всход, по сравнению с проростками, которые находились в привычных условиях, — рассказали ученые.
Благодаря этому эксперименту получилось идентифицировать несколько генов, экспрессия которых индуцируется стрессом засухи в зрелых семенах. Именно это, по мнению генетиков, может сыграть важную роль в создании устойчивых к любому стрессу растений.