Растение, способное выживать в экстремальных климатических условиях
Сталкиваясь со слишком сухими, солеными или холодными условиями, большинство растений пытаются сохранить ресурсы. Они выпускают меньше листьев и корней и закрывают свои поры, чтобы удерживать воду. Если обстоятельства не улучшаются, они в конце концов умирают.
Но некоторые растения, известные как экстремофиты, эволюционировали, чтобы справляться с суровыми условиями окружающей среды. Schrenkiella parvula, тощий, ветвистый представитель семейства горчичных, не просто выживает в условиях, которые убили бы большинство растений, – он процветает в них. Он растет вдоль озера Туз в Турции, где концентрация соли в воде может быть в шесть раз выше, чем в океане. В недавней статье, опубликованной в журнале Nature Plants, исследователи из Стэнфордского университета обнаружили, что Schrenkiella parvula растет быстрее в этих стрессовых условиях.
“Большинство растений производят гормон стресса, который действует как сигнал остановки роста”, - сказал Хосе Диннени, доцент биологии в Стэнфорде, который является старшим автором статьи. “Но для экстремофита - это зеленый свет. Растение ускоряет свой рост в ответ на этот гормон стресса”.
Диннени и его коллеги изучают Schrenkiella parvula, чтобы лучше понять, как некоторые растения справляются со сложными условиями. Их результаты могут помочь ученым спроектировать культуры, способные расти на низкокачественной почве и адаптироваться к стрессам изменения климата.
“С изменением климата мы не можем ожидать, что окружающая среда останется прежней”, - сказала Ин Сун, постдокторский исследователь Института Солка, получивший докторскую степень в Стэнфорде и являющийся ведущим автором статьи. “Наши культуры должны будут адаптироваться к этим быстро меняющимся условиям. Если мы сможем понять механизмы, с помощью которых растения переносят стресс, мы сможем помочь им делать это лучше и быстрее”.
Schrenkiella parvula относится к семейству Brassicaceae. В районах, где ожидается, что изменение климата увеличит продолжительность и интенсивность засух, было бы полезно, если бы эти культуры могли выдерживать или даже процветать в эти засушливые периоды.
Когда растения сталкиваются с сухими, солеными или холодными условиями, которые создают стресс, связанный с водой, они вырабатывают гормон, называемый абсцизовой кислотой, или АБК. Этот гормон активирует специфические гены, по сути, указывая растению, как реагировать. Исследователи изучили, как несколько растений семейства Brassicaceae, включая Schrenkiella parvula, отреагировали на ABA. В то время как рост других растений замедлился или остановился, корни Schrenkiella parvula росли значительно быстрее.
Schrenkiella parvula тесно связана с другими растениями в исследовании и имеет очень похожий размер генома. Тем не менее, ABA активирует разные разделы своего генетического кода, чтобы создать совершенно другое поведение.
“Эта перемотка этой сети объясняет, по крайней мере частично, почему мы получаем эти разные реакции роста у стрессоустойчивых видов”, - сказал Диннени.
Понимание этой реакции на стресс - и как спроектировать ее у других видов – может помочь не только продовольственным культурам, сказал Диннени. Schrenkiella parvula также связана с несколькими видами масличных культур, которые могут быть спроектированы и использованы в качестве устойчивых источников реактивного топлива или другого биотоплива. Если эти растения можно адаптировать для выращивания в более суровых условиях окружающей среды, для их выращивания будет доступно больше земли.
“Вы хотите выращивать биоэнергетические культуры на земле, которая не подходит для выращивания продуктов питания – скажем, на сельскохозяйственном поле, которое деградировало почву или накопило засоление из-за неправильного орошения”, - сказал Диннени. - Эти районы - не первоклассная сельскохозяйственная недвижимость, а земля, которая в противном случае была бы заброшена.
Диннени и его коллеги продолжают исследовать сеть реакций, которые могут помочь растениям выжить в экстремальных условиях. Теперь, когда у них есть представление о том, как Schrenkiella parvula поддерживает свой рост в условиях ограниченной воды и высокой солености, они попытаются спроектировать родственные растения, чтобы сделать то же самое, изменив, какие гены ABA активируют.