Поскольку ожидается, что изменение климата приведет к более частым периодам засухи, исследователи все активнее работают над открытиями, которые могут помочь растениям адаптироваться к длительному водному дефициту.
Исследователи из Института Бойса Томпсона и Корнелльского университета завершили первое исследование, чтобы получить полную картину изменений экспрессии генов в ответ на водный стресс в фрукте — томате Solanum lycopersicum — идентифицируя гены, которые могут помочь селекционерам создавать плоды, способные справиться с водным стрессом. условия засухи.
Опубликовано в декабрьском номере журнала Физиология растенийРаботу возглавила исследовательская группа Кармен Катала, доцента BTI и старшего научного сотрудника Школы интегративных наук о растениях (SIPS) в Корнелле. В число сотрудничающих исследователей входят Джоселин Роуз, профессор SIPS, и профессора BTI Джим Джованнони, Чжанджун Фей и Лукас Мюллер, которые также являются адъюнкт-профессорами SIPS.
«Мы идентифицировали ряд генов, которые участвуют в реакции водного стресса в плодах томата», — сказал Катала. «Теперь мы можем начать выбирать гены-кандидаты, которые могли бы помочь селекционерам создавать фрукты, способные адаптироваться к условиям засухи, и не только помидоры, но также виноград, яблоки и мясистые фрукты в целом. Это потенциальное долгосрочное применение этих данных».
Исследователи изучили экспрессию генов в листьях и шести плодовых органах томатов (околокарпий, плацента, перегородка, колумелла, желе и семена) в два разных момента времени (растущие и спелые плоды) и в четырех различных условиях водного стресса (отсутствие, умеренный, средний и сильный).
Исследователи обнаружили, что каждая ткань плодового органа со временем менялась по-своему.
«Менее 1% экспрессируемых генов, пострадавших от водного стресса, были общими для всех шести тканей плода, и более 50% затронутых генов были специфичны для одной ткани», — сказал Катала.
В отличие от негативных последствий засухи, вызывающих физиологические нарушения и потерю плодов, с засухой связаны и некоторые положительные эффекты, по крайней мере, с легкой засухой.
Например, исследователи обнаружили, что водный стресс увеличивает количество ликопина в спелых фруктах. Ликопин — антиоксидант, имеющий доказанную пользу для здоровья. Фрукты, испытывающие водный стресс, также имели более высокий уровень биосинтеза крахмала, что позволило получить более сладкие помидоры.
Исследователи также обнаружили, что они могут «обучить» помидоры, чтобы они были более устойчивыми к будущим водным засухам.
«Когда мы посеяли семена обработанных растений, мы обнаружили, что рассада помидоров, подвергшихся стрессу, лучше восстанавливается после водного стресса по сравнению с рассадой контрольных томатов», — сказал Филипп Николя, научный сотрудник лаборатории Каталы и первый автор статьи.
Николас сказал, что они идентифицировали несколько генов, экспрессия которых индуцируется водным стрессом в зрелых семенах, и которые могут играть важную роль в придании устойчивости к водному стрессу следующему поколению растений.
Исследование было сложным во многих отношениях, поскольку исследователи изучали фрукты. В большинстве исследований реакции растений на стресс, вызванный засухой, изучаются корни и листья рассады, поскольку их относительно легко изучить.
«Относительно легко подвергнуть рассаду стрессу, но если вы подвергнете растения слишком сильному стрессу, они не будут цвести и давать плоды», — сказал Катала. «Кроме того, когда вы хотите изучать фрукты, вы должны выращивать взрослые растения, что требует больше времени, места и общих ресурсов».