Ученые нашли ключ к тому, как вырастить не боящиеся засухи помидоры и рис

Генетические особенности, которые могут помочь продовольственным культурам, таким как помидоры и рис, выжить во время длительных и интенсивных периодов засухи, обнаружили ученые Калифорнийского университета, 18 мая сообщает информационный портал научных новостей Phys.org.

В течение последнего десятилетия исследовательская группа работала над созданием молекулярного атласа корней сельскохозяйственных культур. При этом ученые обнаружили гены, которые можно использовать для защиты растений от последствий засухи и других экологических угроз.

Их работа позволила лучше понять функции корней растений, поскольку она объединила генетические данные из разных клеток корней томатов, выращенных как в помещении, так и на открытом воздухе.

«Часто исследователи проводят лабораторные и тепличные эксперименты, но фермеры выращивают растения в поле, а полученные нами данные также относятся к полевым образцам», — заявила Нилима Синха, профессор биологии растений Калифорнийского университета в Дэвисе и соавтор статьи.

Полученные исследователями результаты дали информацию о генах трех ключевых структур растения. Одна из них — ксилема — это полые трубчатые сосуды, которые транспортируют воду и питательные вещества от корней до побегов. Без транспорта в ксилеме растение не может создавать себе пищу посредством фотосинтеза.

«Ксилемы очень важны для защиты растений от засухи, а также от соли и других стрессов», – сообщила ведущий автор исследования Шивон Брэди, профессор биологии растений Калифорнийского университета.

Второй ключевой набор генов — это те гены, которые управляют внешним слоем корня для производства лигнина и суберина. Суберин является ключевым веществом в пробке, он толстым слоем окружает растительные клетки, удерживая воду во время засухи.

Такие культуры, как помидоры и рис, содержат суберин в корнях. Внешние клетки плодов яблока окружены суберином. Везде, где есть это вещество, оно предотвращает потерю воды растением. Лигнин также делает клетки водонепроницаемыми и обеспечивает механическую поддержку.

«Суберин и лигнин являются естественными формами защиты от засухи, и теперь, когда были идентифицированы гены, кодирующие их в этом очень специфическом слое клеток, эти соединения могут быть усилены», — сказала соавтор исследования Джулия Бейли-Серрес, профессор генетики. «Я рада, что мы узнали так много о генах, регулирующих этот барьерный слой для влаги. Это очень важно для улучшения устойчивости сельскохозяйственных культур к засухе», — добавила она.

Третий набор генов, исследуемых учеными, кодирует корневую меристему растения. Меристема — это растущая верхушка каждого корня и источник всех клеток, составляющих корень. «Это область, которая будет образовывать остальную часть корня и служит нишей для стволовых клеток, — сказала Бейли-Серрес. — Она определяет свойства самих корней, например, насколько они становятся большими. Знание этого может помочь нам улучшить корневые системы».

Брэди объяснила, что когда фермеры интересуются определенной культурой, они выбирают растения по особенностям, которые можно увидеть, например, более крупные и привлекательные плоды. Селекционерам гораздо труднее выбирать растения, важные параметры которых не видны, потому что находятся под землей.

«Скрытая половина растения, находящаяся под землей, очень важна для селекционеров, если они хотят успешно вырастить растение, — подчеркнула Брэди. — Возможность изменять меристему корней растений поможет нам создавать культуры с более желательными свойствами».

Команда ученых считает, что результаты исследования можно применить очень широко — на многие другие культуры, кроме изученных. «Помидор и рис разделены более чем 125 миллионами лет эволюции, но мы всё еще видим сходство между генами, которые контролируют ключевые характеристики», — заявила Бейли-Серрес. — Вероятно, это сходство справедливо и для других культур».