Засоленность почвы и воды для орошения является одной из наиболее важных проблем, ограничивающих урожайность сельскохозяйственных культур, особенно в средиземноморском климате. В этих полузасушливых климатических условиях соленость может быть стрессовым фактором, который колеблется в течение года, особенно в нынешних условиях нестабильности климата.
Исследователи из отдела физиологии растений Департамента биологии животных, биологии растений и экологии UAB в сотрудничестве с Ноттингемским университетом и Центром Джона Иннеса в Норвиче недавно идентифицировали несколько модификаций в гене переносчика натрия, называемом HKT1;1, имеющие ключевое значение для адаптации природных популяций модельного растения Arabidopsis thaliana (A.thaliana) в средах с колеблющейся засоленностью почвы.
В исследовании, опубликованном в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, исследователи провели крупномасштабный геномный анализ 77 особей A. thaliana, обнаруженных в природных популяциях с разным градиентом солености, расположенных между Бланесом и Кап-де-Креус. Интеграция этих данных с геномами 1135 A. thaliana, принадлежащими глобальной коллекции, позволила им подтвердить, что сорта Каталонии, демонстрирующие высокий уровень адаптации к умеренным и колеблющимся уровням засоления, не являются реликтовыми видами растений Иберии, а скорее являются частью довольно недавняя колонизация и последующая адаптация.
Адаптационный механизм растений, приуроченных к почвам, уровень засоления которых существенно меняется в зависимости от количества осадков, основан на структурных вариациях гена HKT1;1, который вызывает изменения уровня экспрессии этого белка. Растения с низким уровнем экспрессии HKT1;1 на корневом уровне демонстрируют высокий уровень соли в листьях (растения HKT1;1HLS). На первый взгляд это может показаться вредным, но накопленный в вакуолях натрий в определенной степени может улучшить осмотическую адаптацию и предотвратить попадание соли в репродуктивные ткани.
Тем не менее, когда уровень солености слишком высок, как на берегу моря, они становятся токсичными для этих растений и поэтому необходимо использовать механизм исключения. Когда HKT1;1 экспрессируется нормально (растения HKT1;1LLS), натрий не может проникать в растение через его корни, что вместо этого способствует транспорту калия и позволяет растениям выжить в этих условиях. Используя новые и инновационные методы секвенирования (платформа 10X Genomics Chromium), ученые смогли детализировать все генетические вариации, присутствующие в различных формах 'HKT1;1, выявленных в этом исследовании..
Эти результаты являются не только примером того, как молекулярные функции могут быть выявлены на основе данных о естественной изменчивости и через демографическую динамику популяций, но и того, как можно получить очень ценную информацию, чтобы помочь повысить устойчивость урожайности сельскохозяйственных культур. в сценарии повышения солености из-за антропогенного давления и изменения климата.