Удвоение генома помогает растениям выживать в засоленных почвах
Исследование Университета Пердью и Абердинского университета показывает, что наличие более двух наборов хромосом (полиплоидия) может повысить способность растений поглощать питательные вещества и выживать в засоленных почвах.
Ученые обнаружили, что у цветкового растения Arabidopsis thaliana полиплоидия — состояние с более чем двумя копиями генома — вызывает накопление большего количества калия (K) в листьях и повышает устойчивость к засоленным условиям. Большинство цветковых растений являются диплоидами (имеют две копии генома).
"Полиплоидия оказывает прямое и немедленное влияние на накопление необходимых питательных элементов в листьях растений", — заявил Брайан Дилкс, доцент Университета Пердью.
Ключевые результаты исследования:
- Тетраплоиды A. thaliana (растения с четырьмя идентичными наборами хромосом) имели на 32% большую концентрацию калия в листьях, чем их диплоидные аналоги.
- Растения с четырьмя копиями генома также показали более высокую выживаемость и скорость размножения в условиях с добавлением соли.
- Эффект полиплоидии передавался через прививку: когда диплоидные побеги прививали на полиплоидные корни, в листьях также наблюдалось увеличение накопления калия.
Практическое значение:
- Полиплоидия может быть инструментом для расширения ареала существующих диплоидных сельскохозяйственных культур, позволяя им выживать в бедных питательными веществами или токсичных средах.
- Устойчивость полиплоидов к натрию (Na) может сделать их ценными сортами для регионов с засоленными почвами.
- Разработка полиплоидных подвоев для прививки открывает возможности: можно использовать солеустойчивый подвой, прививая к нему побеги с другими желательными характеристиками.
Научный контекст:
- Положительные эффекты полиплоидии зависят от среды, в которой растут полиплоиды, что может объяснять противоречивые результаты более ранних лабораторных исследований.
- Повышенное накопление калия из-за полиплоидии может объяснить лучшую выживаемость, так как соотношение калия к натрию (K/Na) является критическим фактором толерантности растений к засолению.
- Полученные данные дают потенциальное объяснение, почему полиплоидия рекуррентно наблюдалась на протяжении истории наземных растений. Возможно, способность полиплоидов колонизировать новые, высокотоксичные среды (например, засоленные пустыни в прошлом) способствовала быстрому распространению и умножению видов растений.
Исследование, проведенное под руководством Дай-Инь Чао из Абердина, доступно на сайте Science Express и позже будет опубликовано в печатном издании журнала Science.