«Это похоже на термостат», — сказал Чжэнь-Мин Пей, доцент кафедры биологии Duke.Результаты, опубликованные 28 августа в журнале Nature, могут упростить кормление растущего населения мира перед лицом изменения климата.
Засуха — основная причина потерь урожая во всем мире. Период засухи на решающем этапе вегетации может снизить урожайность некоторых культур вдвое.
Ожидается, что нехватка воды станет более частой и серьезной, если изменение климата сделает режим выпадения осадков все более ненадежным и сельскохозяйственные угодья в некоторых регионах будут продолжать высыхать. Вместе с тем, что население мира, как ожидается, к 2050 году увеличится на два — три миллиарда, исследователи во всем мире ищут способы производить больше еды с меньшим количеством воды.Некоторые исследователи надеются, что генная инженерия — в дополнение к усовершенствованным методам ведения сельского хозяйства и традиционному селекции растений — добавит к арсеналу методов, которые помогут сельскохозяйственным культурам противостоять летней жаре.
Но создание растений, способных противостоять засухе, оказалось трудным, в основном потому, что растения используют так много стратегий для борьбы с обезвоживанием и задействованы сотни генов.Проблема усугубляется тем фактом, что засуха часто сопровождается волнами тепла и другими стрессами, которые требуют различных стратегий со стороны растений, — сказал Пей.
Один из способов реагирования растений на потерю воды — повышение уровня кальция в клетках. Кальциевый всплеск действует как сигнал тревоги, который запускает механизмы преодоления, чтобы помочь растению сбалансировать свой водный баланс. Но до сих пор молекулярный механизм, который растения используют для отправки этого сигнала — и для мониторинга наличия воды в целом — оставался неизвестным.Коллеги Пей и Дьюк Фанг Юань, Джеймс Седоу и другие определили ген, который кодирует белок в клеточных мембранах листьев и корней растений, названный OSCA1, который действует как канал, позволяющий кальцию проникать в клетку во время засухи.
Ген был идентифицирован у Arabidopsis thaliana, небольшого скромного растения, родственного капусте и каноле, которое является лабораторной крысой при исследовании растений.Растения с дефектными версиями кальциевого канала не посылают сигнал тревоги при водном стрессе, как это делают обычные растения.Когда исследователи выращивали нормальные растения и растения с дефектными версиями гена бок о бок в одном горшке и подвергали их стрессу засухи, мутантные растения испытали более сильное увядание.Результаты могут привести к новым способам помочь растениям процветать в условиях нехватки воды.
Следующий шаг команды — манипулировать активностью гена OSCA1 и связанных с ним генов и посмотреть, как эти растения реагируют на засуху — информация, которая может привести к появлению сельскохозяйственных культур, которые быстрее и эффективнее реагируют на обезвоживание.«Растения, которые быстро переходят в режим борьбы с засухой, а затем быстро возвращаются в нормальный режим роста, когда стресс от засухи проходит, должны иметь возможность более эффективно направлять энергию на рост», — сказал Пей.