Ген повышает рост и урожайность риса в засоленной почве

Засоление почвы представляет серьёзную угрозу продовольственной безопасности, значительно снижая урожайность сельскохозяйственных культур. Ожидается, что рост глобальных температур ускорит накопление соли в почве, увеличивая нагрузку на сельское хозяйство. В новом исследовании, опубликованном в The Plant Cell, команда учёных идентифицировала ген, который ограничивает потери урожая у растений риса, подвергшихся солевому стрессу, и расшифровала лежащий в основе механизм.

Около 20% орошаемых земель в мире содержат повышенные концентрации соли, и почва продолжает засаливаться по мере потепления климата. Солевой стресс снижает рост и урожайность большинства растений, приводя к ежегодным потерям урожая на миллиарды долларов. Рис — основной продукт питания для более чем половины населения мира — особенно чувствителен к засолению, и даже умеренные уровни соли приводят к существенным потерям урожая. Существует острая необходимость в создании линий риса, устойчивых к засолённым условиям.

Команда учёных под руководством Цзянь-Чжуна Линя и Сюань-Миня Лю из Хунаньского университета (Чанша, Китай) идентифицировала ген, способствующий устойчивости риса к солевому стрессу. Ген, названный STRK1 (salt tolerance receptor-like cytoplasmic kinase 1), активировался в условиях солевого стресса. Исследователи создали два набора трансгенных растений: один с высоким уровнем экспрессии STRK1, а другой — с сильно сниженной. В обычных условиях оба набора выглядели нормально. Однако при воздействии соли трансгенные растения с повышенной экспрессией STRK1 были более зелёными и крупными, чем контрольные нетрансгенные растения, а растения со сниженной экспрессией STRK1 были меньше и более бурыми.

Далее команда изучила влияние STRK1 на урожайность. «Примечательно, что сверхэкспрессия STRK1 в рисе не только улучшила рост, но и значительно ограничила потерю урожайности зерна в условиях солевого стресса», — заявил Цзянь-Чжун Линь.

Затем учёные расшифровали механизм, с помощью которого STRK1 повышает устойчивость растения к соли. Солевой стресс вызывает выработку потенциально вредных активных форм кислорода, таких как перекись водорода (H₂O₂), в клетках растений. Группа обнаружила, что белок STRK1 взаимодействует с белком CatC и активирует его. CatC принадлежит к семейству белков, разлагающих перекись водорода на воду (H₂O) и кислород (O₂). Таким образом, STRK1 повышает устойчивость растения к солевому стрессу, контролируя уровень H₂O₂ и минимизируя ущерб от накопления активных форм кислорода.

«Сельскохозяйственная продуктивность всё больше страдает от засоления орошаемых земель... Наша работа демонстрирует, что STRK1 является многообещающим геном-кандидатом для защиты урожайности сельскохозяйственных растений, подверженных солевому стрессу», — заявил Сюань-Минь Лю.