Проблема, вызывающая глобальную обеспокоенность, - ожидаемая нехватка сельскохозяйственной продукции для удовлетворения неуклонного роста населения. Ученые Мичиганского государственного университета понимают, что преодоление потери урожая из-за болезней и неблагоприятных погодных условий будет иметь ключевое значение для достижения этой цели.
Одним из лучших исторических примеров этого является ирландский картофельный голод. Начиная с 1845 года Ирландия пережила «идеальный шторм» необычно прохладной и влажной погоды, создавшей идеальные условия для роста экзотического патогена, уничтожившего урожай картофеля. Из-за того, что их основной источник пищи был опустошен болезнями, миллион ирландцев умер от последовавшего за этим голода.
С другой стороны, более высокие температуры также могут привести к значительным потерям урожая. Эта критическая взаимосвязь между изменением погоды и способностью растений бороться с болезнями представлена в последнем выпуске журнала Nature Communications.
В этом сценарии Бетани Хуот, выпускница программы клеточной и молекулярной биологии МГУ и ведущий автор исследования, хотела выяснить, нарушена ли защитная система растений или повышена вирулентность патогенов?
Ответ: И то, и другое.
«Как и люди, растения с большей вероятностью заболевают, когда растут в стрессовых условиях», - сказал Хуот, опубликовавший статью вместе с Шэн Янг Хэ, заслуженным профессором биологии растений университета и Медицинского института Говарда Хьюза. Исследователь и Беронда Монтгомери, профессор Фонда МГУ. «Хотя отдельные стрессы наносят ущерб растениям, их сочетание может иметь катастрофические последствия."
Исследователи показали на генетическом уровне, как высокая температура ослабляет защитные силы растений и одновременно усиливает атаки бактерий.
Когда у людей поднимается температура, они принимают форму салициловой кислоты или SA, широко известную как аспирин. Растениям не нужно идти в аптечку, потому что они способны производить свои собственные SA. При 73 градусах по Фаренгейту растения могут производить большое количество SA для борьбы с патогенной инфекцией. Однако, когда жара поднялась выше 86 градусов, SA не вырабатывался, что делало растения уязвимыми.
Авторы также обнаружили, что возбудитель становился сильнее при повышенной температуре. Однако повышенная уязвимость растений происходила вне зависимости от присутствия патогена.
«Поскольку растения больше не могли производить SA при повышенной температуре, мы опрыскивали их химическим веществом, которое действует как SA», - сказал Хуот. «Эта обработка эффективно защищала растения от инфекции; хотя бактерии становятся более вирулентными при высоких температурах, растения могут бороться с ними, если мы даем им SA, который они больше не могут производить."
Даже если глобальные климатические проблемы будут решены, локальные колебания окружающей среды всегда будут иметь место и сильно повлияют на рост и урожайность сельскохозяйственных культур, добавил Хуот.
«Углубление нашего понимания того, как конкретные факторы окружающей среды влияют на хозяина и патоген, а также их взаимодействие, может дать информацию о стратегиях развития надежной устойчивости сельскохозяйственных культур», - сказала она. «Это важно для сохранения еды на столе».