Настройка внутренних часов деревьев поможет им справиться с изменением климата

Новое исследование Умеоского университета показало, что циркадные (суточные) часы деревьев управляют их ростом и сроками сезонных событий, таких как появление листьев весной. Учёные изучили рост генетически модифицированных тополей в тепличных и полевых условиях, объединив методы статистического обучения и биологии растений. Результаты, опубликованные в npj Biological Timing and Sleep, показывают, что настройка генов, связанных с часами, может помочь деревьям лучше синхронизироваться с меняющимся климатом, открывая новые возможности для лесного хозяйства.

Большинство предыдущих исследований проводилось в контролируемых тепличных условиях, а не в поле, где на растения влияют естественные факторы: колебания температуры, насекомые-вредители и другие.

Чтобы это исправить, исследователи провели масштабное исследование на основе 68 линий тополя или осины с различными модифицированными свойствами. Среди изменённых генов было много связанных с циркадными часами. Рост этих деревьев изучали в нескольких многолетних экспериментах в теплицах и в поле. Результаты ясно показали, что циркадные часы играют важную роль в регуляции роста деревьев и сроков сезонных событий в их жизни, таких как распускание почек.

"Наше исследование первое, которое объединило данные из тепличных и полевых исследований, чтобы показать, что множественные аспекты системы циркадных часов влияют на рост деревьев и сроки событий жизненного цикла", — говорит ведущий автор исследования Бертольд Мариен.

"Применяя статистическое моделирование к этим наборам данных, мы смогли точно определить, какие гены, связанные с циркадными часами, влияют на рост деревьев или, например, на время появления или изменения цвета листьев".

Перспективы для лесного хозяйства и адаптации к климату

Исследование даёт новый взгляд на то, как деревья используют свои циркадные часы для координации роста с окружающей средой. Например, определённые генетические модификации в ключевых регуляторах часов изменили восприятие деревьями длины дня и позволили им продолжать расти позже в сезон.

"Это исследование — доказательство концепции, что деревья, адаптированные к определённой длине дня на определённой широте, могут быть приспособлены к новой широте, эффективно продлевая свой вегетационный период. Это особенно полезно на более высоких широтах, например, в Северной Швеции, где короткий вегетационный период ограничивает производство древесины", — объясняет последний автор исследования Мария Э. Эрикссон.

Кроме того, некоторые генетические модификации улучшили устойчивость деревьев к колебаниям окружающей среды. Сосредоточившись на этих конкретных генах, можно будет вывести сорта деревьев, лучше адаптированные к быстрым изменениям местного климата и к новым местам произрастания, например, на других широтах.

"В будущем управление лесным хозяйством можно улучшить, интегрировав циркадные часы деревьев и их естественные циклы роста с традиционными практиками", — говорит Эрикссон. — "Таким образом, рост деревьев и их устойчивость можно оптимизировать в меняющемся мире".

Помимо последствий для лесного хозяйства, исследование также важно для глобальных моделей растительности, которые прогнозируют рост лесов и накопление углерода. По словам Мариена, важность часов в формировании чувствительности деревьев к условиям окружающей среды часто недооценивается в этих моделях.

Он заключает: "Правильно включив наши выводы о циркадных часах в глобальные модели растительности, мы можем улучшить прогнозы того, как леса будут реагировать на изменение климата".