Общие гены растений открывают путь к созданию устойчивых к климату культур

Исследователи из Университета Калгари добились прогресса в понимании адаптации растений. Эти знания в перспективе могут быть использованы для повышения устойчивости сельскохозяйственных культур к жаре, засухе и изменению климата.

Группа доктора Сэма Йимена с кафедры биологических наук опубликовала новое исследование "Repeated Global Adaptation across Plant Species" в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Работа под руководством доктора Габриэле Нокки впервые изучила, используют ли далёкие друг от друга виды растений — от подсолнечника до тополя — одни и те же гены для адаптации к схожим стрессам.

Ответ оказался неоднозначным. «Да и нет, — говорит Йимен. — Перекрытие больше, чем можно было бы ожидать случайно, но при этом виды делают и много разного. Можно сказать, что у каждого вида своя история, но они делят многих общих "персонажей"».

Исследование указывает на существование ключевых генов, особенно важных для того, как растения адаптивно реагируют на изменения окружающей среды.

Эта публикация последовала за другой работой лаборатории Йимена "The Genetic Architecture of Repeated Local Adaptation to Climate in Distantly Related Plants", вышедшей в Nature Ecology & Evolution в августе. Тот анализ геномных данных 25 видов растений показал, что многие гены неоднократно участвуют в адаптации к сходным климатическим факторам.

Оба исследования изучали адаптацию растений, но с разных ракурсов:

• Работа в Nature рассматривала, как растения адаптируются к пространственным изменениям (от бореальных лесов Юкона до умеренных лесов Британской Колумбии).
• Исследование в PNAS изучает, как виды приспосабливаются к изменению среды во времени.

«Вместе они дают нам лучшее понимание происходящего», — поясняет Йимен.

Хотя большая часть этой работы — фундаментальная наука, она вызывает большой интерес в сельском хозяйстве и биотехнологиях, так как раскрывает, как растения используют сходные генетические механизмы для адаптации. Эти гены могут стать мишенью для создания культур, более устойчивых к климатическим вызовам, что важно для продовольственной безопасности.

Исследование также проверяет важные предсказания эволюционной теории. Йимен приводит аналогию с домом: можно резко изменить температуру, включив термостат, или провести множество мелких улучшений (утепление, новые окна), повысив общую энергоэффективность.

Эволюция, по его словам, поддерживает схожее различие в стратегиях:

• При адаптации вида во времени (например, к изменению климата) теория предсказывает множество мелких мутаций.
• При адаптации разных популяций в пространстве (жаркие vs холодные условия) эффективнее малое число крупных мутаций, работающих как «термостаты».

В соответствии с этим, команда обнаружила, что:

• В работе для Nature Ecology & Evolution гены, отвечающие за адаптацию в пространстве, как правило, имеют больший эффект.
• В работе для PNAS гены, движущие адаптацию во времени, имеют меньший эффект.

«В обоих случаях мы обнаруживали, что одни и те же гены снова и снова появляются у таких разных видов, как подсолнечник и тополь», — резюмирует учёный.