Исследование раскрывает корни устойчивости риса к наводнениям
Изменение климата увеличивает как интенсивность, так и частоту экстремальных погодных явлений, включая наводнения. Это проблема для многих фермеров, поскольку рис — единственная основная продовольственная культура, устойчивая к затоплению. Новое исследование, опубликованное в Science, выявило генетические ключи к этой устойчивости, которые могут помочь ученым улучшить перспективы для других культур.
"Наша работа — это наиболее комплексный взгляд на то, что на самом деле происходит "под капотом" у растений в ответ на затопление", — говорит Роджер Дил, соавтор исследования. Понимание механизма устойчивости к затоплению — это первый шаг к пониманию того, как можно повысить её у растений, которые её лишены.
Рис был одомашнен из диких видов, росших в тропических регионах, где он адаптировался к перенесению муссонов и переувлажнения. Исследование в Science изучило, как другие культуры реагируют на погружение в воду по сравнению с рисом. Среди растений были виды с разной степенью устойчивости: от бочкового клевера (похожего на люцерну) до одомашненных томатов и дикого томата, адаптированного к пустынной среде.
Результаты показали, что хотя эволюция разделила предков риса и этих других видов до 180 миллионов лет назад, все они имеют по крайней мере 68 семейств генов, которые активируются в ответ на затопление.
"Это было удивительно", — отмечает Дил. Вместо ожидаемых разных реакций, связанных с адаптацией к влажным или сухим условиям, выяснилось, что у риса была самая быстрая и синхронная реакция. У других растений ответ был фрагментарным и беспорядочным.
Исследование было международным сотрудничеством, финансируемым Программой исследований генома растений Национального научного фонда (NSF). Авторы включают ученых из Калифорнийского университета в Дэвисе, Калифорнийского университета в Риверсайде, Национального университета Ла-Платы (Аргентина) и Утрехтского университета (Нидерланды).
Результаты позволяют предположить, что именно время и слаженность генетического ответа могут объяснять различия в результатах для растений во время экспериментов. Дикий вид томатов, растущий в пустынной почве, завял и погиб при затоплении.
Команда исследовала клетки, находящиеся на кончиках корней растений, так как корни первыми реагируют на наводнение. Кончики корней и почки побегов также являются зонами основного ростового потенциала растения. Эти регионы содержат клетки, способные превращаться в другие типы клеток растения, и служат ремонтной системой.
"Мы изучили способ, которым ДНК инструктирует клетку создавать определенные реакции на стресс, с беспрецедентным уровнем детализации", — говорит Маурисио Рейносо, один из ведущих авторов из Калифорнийского университета в Риверсайде.
Группа теперь планирует дополнительные исследования, чтобы повысить выживаемость растений, которые в настоящее время гибнут и гниют от избытка воды.
"Мы, как ученые, испытываем настоятельную необходимость помочь растениям выдерживать наводнения, чтобы обеспечить продовольственную безопасность в будущем", — говорит Джулия Бейли-Серрес, еще один ведущий автор исследования.