Новые генетические мишени могут помочь культурам возобновлять рост после климатического стресса
Канадские исследователи описали гены, которые помогают растениям приостанавливать и возобновлять рост после холода, солевого и водного стресса. Эти знания могут использоваться для выведения более устойчивых культур.
Исследователи из Канады сообщили о результатах работы, которая объясняет, как растения временно останавливают рост под действием неблагоприятных условий, а затем возобновляют его после снятия стресса. В статье для The Conversation авторы пишут, что такие механизмы могут стать основой для выведения более устойчивых культур, способных быстрее восстанавливаться после холодов, засухи, засоления и других климатических ударов.
В первой части экспериментов ученые измеряли рост корней у резуховидки Таля, используя холод, солевой стресс и условия, имитирующие засуху. Непрерывное наблюдение за длиной корней показало, что при холоде и солевом воздействии растение фактически ставит рост на паузу, а после возвращения к нормальным условиям снова запускает его примерно в течение 24 часов. При осмотическом или засушливом стрессе восстановление также происходит, но медленнее, поэтому исследователи описали такую реакцию как не просто pause-and-play, а pause-and-push.
Чтобы проверить, работает ли механизм у других видов, команда совместно с Министерством сельского хозяйства США повторила опыты на двух дикорастущих злаках, близких к основным зерновым культурам: brachypodium distachyon и однолетнем райграсе. Эти растения показали сходную динамику реакции на стресс и восстановления, что, по словам авторов, указывает на возможную общность механизма у большого числа видов культурных растений.
Затем ученые перешли к генетическому уровню и использовали флуоресцентные маркеры, чтобы отслеживать активность генов, связанных с делением клеток. После многомесячного подсчета тысяч клеток они увидели, что при холоде, засухе и соли некоторые гены проявляются в меньшем числе клеток, а после возврата к оптимальным условиям их активность примерно за сутки возвращается к норме. Особое внимание привлек ген Cyclin-dependent Kinase A;1, или CDKA;1, который регулирует клеточный цикл. Дополнительные опыты показали, что подавление этого гена мешает растению восстановиться после холодового и солевого стресса.
Авторы считают, что это открывает несколько практических направлений. Селекционеры могут искать природные варианты таких генов в популяциях культур и отбирать формы, быстрее восстанавливающиеся после стресса, а исследователи генной инженерии могут применять инструменты вроде CRISPR для более точной настройки реакции. В статье подчеркивается, что речь идет не о возможности остановить жару, наводнения или снегопады, а о шансе помочь растениям пережить их и все же завершить жизненный цикл и сформировать урожай в срок, что напрямую связано с будущей продовольственной безопасностью.