Ген помогает растениям использовать меньше воды без потери биомассы

Исследователи из Университета Пердью обнаружили генетическую мутацию, которая позволяет растению лучше переносить засуху без потери биомассы. Это открытие может сократить количество воды, необходимое для выращивания растений, и помочь им выживать и процветать в неблагоприятных условиях.

Растения естественным образом контролируют открытие и закрытие устьиц — пор, поглощающих диоксид углерода (CO₂) и выделяющих воду. В условиях засухи растение может закрыть устьица для сохранения воды. Однако при этом оно также сокращает количество поглощаемого CO₂, что ограничивает фотосинтез и рост.

Учёные обнаружили, что генетическая мутация у модельного растения Arabidopsis thaliana уменьшает количество устьиц. Но вместо ограничения поглощения CO₂ ген создаёт полезное равновесие.

«Растение может усвоить лишь определённое количество CO₂. Меньшее количество устьиц всё равно позволяет поглощать столько же CO₂, сколько и у дикого типа, при этом экономя воду», — пояснил Майк Микельбарт, чьи результаты опубликованы в журнале The Plant Cell. — «Это показывает, что существует потенциал для снижения транспирации без потери урожайности».

Исследователи использовали инфракрасный газоанализатор для определения количества поглощённого CO₂ и потерянной воды у мутанта Arabidopsis. Анализ показал, что растение с мутантной формой гена GTL1 не сокращало поглощение CO₂, но демонстрировало снижение транспирации на 20%. При измерении сухой массы побега растение имело ту же биомассу, что и дикий тип Arabidopsis.

«Снижение транспирации приводит к повышению засухоустойчивости у мутантных растений, — сказал Чал Юл Ю. — Они будут удерживать больше воды в листьях во время засухи».

Из 20 известных генов, контролирующих устьица, в мутанте была сильно экспрессирована SDD1. Этот ген отвечает за регулирование количества устьиц на листьях. У мутанта, где GTL1 не функционирует, SDD1 высоко экспрессирован, что приводит к развитию меньшего числа устьиц.

Открытие важно, поскольку открывает возможность естественного повышения засухоустойчивости сельскохозяйственных культур без снижения биомассы или урожайности. Следующим шагом в исследовании станет определение роли GTL1 в культурах растений.