Экстремальная засуха - это одно из последствий изменения климата, которое уже ощущается. В этом году уменьшение количества осадков и аномально высокие температуры в северной и восточной Европе привели к большим потерям урожая зерновых и картофеля, а также других видов садовых культур. Специалисты давно предупреждают, что для обеспечения продовольственной безопасности становится необходимым использование сортов растений, продуктивных в засушливых условиях. Теперь команда под руководством исследователя из Центра исследований сельскохозяйственной геномики (CRAG) Аны Каньо-Дельгадо получила растения с повышенной засухоустойчивостью, изменив передачу сигналов растительных стероидных гормонов, известных как брассиностероиды. Исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, является первым, в котором была найдена стратегия повышения устойчивости к водному стрессу без ущерба для общего роста растений.
Разные рецепторы и разные клетки для разных функций
Ана Каньо-Дельгадо более 15 лет изучает, как растительные стероиды - брассиностероиды - регулируют развитие и рост растений на модельном растении Arabidopsis thaliana. Известно, что эти фитогормоны связываются с различными рецепторами клеточной мембраны, вызывая в клетке сигнальный каскад, который в конечном итоге приводит к таким эффектам, как удлинение или деление клетки. С 2016 года благодаря проекту, финансируемому Европейским исследовательским советом (ERC), ее лаборатория использует эти знания для поиска стратегий, придающих растениям засухоустойчивость. Модифицируя передачу сигналов брассиностероидами, исследователи до сих пор получали растения арабидопсиса с повышенной засухоустойчивостью, но из-за сложного действия этих гормонов на рост растений эти растения были намного меньше, чем соответствующие контрольные растения.
В работе, опубликованной в Nature Communications, исследователи изучили засухоустойчивость и рост растений Arabidopsis thaliana с мутациями в различных рецепторах брассиностероидов. Благодаря этому подробному исследованию исследователи обнаружили, что растения, которые сверхэкспрессируют рецептор брассиностероида BRL3 в сосудистой ткани, более устойчивы к недостатку воды, чем контрольные растения, и что, в отличие от других мутантов, они не имеют дефектов в своем развитии. и рост. «Мы обнаружили, что, изменяя передачу сигналов брассиностероидов только локально в сосудистой системе, мы можем получать засухоустойчивые растения, не влияя на их рост», - объясняет Каньо-Дельгадо.
После этого исследователи CRAG в сотрудничестве с исследователями из Европы, США и Японии проанализировали метаболиты в генетически модифицированных растениях и продемонстрировали, что растения арабидопсиса, сверхэкспрессирующие рецептор BRL3, производят больше осмеопротекторных метаболитов (сахара и пролин) в воздушной среде. частями и в корнях при нормальных условиях орошения. Когда эти растения находились в условиях засухи, эти защитные метаболиты быстро накапливались в корнях, предохраняя их от высыхания. Таким образом, избыточная экспрессия BRL3 подготавливает растение к реакции на нехватку воды, механизм, известный как прайминг, который можно как-то сравнить с действием вакцин в организме человека, которые также подготавливают организм к ответу на будущие патогены.
От фундаментальных до прикладных исследований. Потенциальное решение для видов, представляющих агрономический интерес
Несмотря на то, что это открытие было сделано на примере маленького растения Arabidopsis thaliana, используемого в качестве модели, исследовательская группа под руководством Каньо-Дельгадо уже работает над применением этой стратегии к растениям, представляющим агрономический интерес, особенно к злакам.
Засуха является одной из самых важных проблем в современном сельском хозяйстве. До сих пор биотехнологические усилия, которые были предприняты для получения растений, более устойчивых к засухе, не были очень успешными, потому что в качестве аналога повышенной засухоустойчивости всегда было снижение роста и продуктивности растений. Кажется, мы наконец-то нашли стратегию, которую можно было бы применить, и мы хотим продолжить ее изучение», - заключает Каньо-Дельгадо.