Изменение климата угрожает растениям, поскольку возрастает риск затопления. Новое исследование Стокгольмского университета показывает, что особые гены играют ключевую роль в сохранении растений от увядания, сохранении здоровья и устойчивости к недостатку кислорода, когда они находятся под водой в течение длительного периода времени. Выведение устойчивых сортов растений с этим геном увеличит урожай и будет иметь все большее значение, поскольку изменение климата приводит к увеличению количества осадков.
Растения, как и люди, лишены кислорода, когда находятся под водой. Сильвия Линдберг, профессор Стокгольмского университета, исследует, как растения становятся более устойчивыми к выживанию в условиях дефицита кислорода. Когда растениям не хватает кислорода, специальные гены сигнализируют об опасности и о том, что растение должно активировать другие гены, чтобы защитить себя. Одним из таких генов является PLD, который образует фермент фосфолипазу D. До сих пор ключевая роль, которую он играет в сигнальных системах растений о недостатке кислорода, была неизвестна.
"Мы подозревали, что этот ген был задействован, как и при других типах стресса, которому растения подвергаются, например, от высокой солености, холода, засухи и грибковых инфекций", - говорит профессор Сильвия Линдберг.
Когда растения лишены кислорода, они меньше растут, а их листья желтеют. Сильвия Линдберг и ее исследовательская группа использовали мутантные растения, у которых отсутствовал потенциально защитный ген, чтобы посмотреть, не пострадают ли они во время смоделированного наводнения. Исследование показало, что листья мутантных растений пожелтели и погибли, а это означает, что ген играет роль в поддержании хорошего здоровья растения.
"Мы изучаем кресс-салат, Arabidospis, который является обычным модельным растением, потому что для него идентифицированы все гены", - говорит Сильвия Линдберг.
Некоторые растения-мутанты производили меньше кальция по сравнению с дикими растениями при недостатке кислорода. Поэтому возможно, что количество кальция также защищает растение. Кальций является важным сигнальным веществом, уровень которого увеличивается внутри клеток при всех исследованных типах стресса.
Например, рис очень устойчив к дефициту кислорода и увеличивает уровень кальция в клетках намного больше, чем пшеница, которая очень чувствительна к дефициту кислорода и не повышает уровень кальция в такой же степени. Итак, зерновые культуры различаются по степени уязвимости к дефициту кислорода», - говорит Сильвия Линдберг.
Мутанты растений также производили меньше фосфатидной кислоты, которая также является важным вторичным мессенджером во время стресса у растений. Следующим шагом будет исследование того, как растения будут реагировать на дефицит кислорода, если вместо этого вы увеличите количество модифицированного гена PLD.
"Тогда, возможно, будет образовано больше защитного кальция и фосфатидной кислоты, чтобы противодействовать эффекту дефицита кислорода. Я надеюсь, что в этой области будут проведены дополнительные исследования. Это настоящая детективная работа, но важная для разработки новых толерантных культур", - говорит Сильвия Линдберг.