Хотя вода необходима для роста растений, чрезмерное количество воды может привести к переувлажнению и гибели растения. В Южной и Юго-Восточной Азии, где в сезон дождей происходят периодические наводнения, глубина воды может достигать нескольких метров в течение многих месяцев.
Разновидности риса, известные как «глубоководный рис», разработали уникальную стратегию, обеспечивающую их собственное выживание. Глубоководный рис обычно растет на мелководье, но во время сильных паводков увеличивается его высота в соответствии с повышением уровня воды, чтобы растения могли пережить продолжительные паводки.
Исследовательская группа, в которую входят Такеши Куроха из Университета Тохоку, Мотоюки Асикари из Университета Нагоя, Сьюзан Р. Маккауч из Корнельского университета и его коллеги из Японии и США обнаружили в рисе ген, который имеет решающее значение для его выживания в условиях наводнения. Они также пролили свет на его молекулярную функцию и эволюционную историю.
Исследовательская группа определила SD1 (SEMIDWARF1) как ключевой ген, ответственный за реакцию глубоководного риса. SD1 кодирует фермент биосинтеза гиббереллина - растительного гормона. Этот ген управляет реакцией глубоководного риса посредством уникального аллеля усиления функции. При погружении в воду рис накапливает этилен, газообразный растительный гормон. Глубоководный рис амплифицирует сигнальный ретранслятор, в котором ген SD1 транскрипционно активируется чувствительным к этилену транскрипционным фактором OsEIL1a.
Полученный белок SD1 направляет повышенный синтез гиббереллинов, в основном одного из видов гиббереллинов, GA4, которые способствуют вертикальному росту растения. Дальнейший анализ показал, что эта условно-функциональная вариация сначала развилась у дикого предка, а затем стала целью отбора во время одомашнивания культивируемого риса, адаптированного к глубоководным условиям в Бангладеш.
Ген SD1 хорошо известен как ген Зеленой революции в рисе, где аллель потери функции SD1 придает растениям небольшую высоту, обеспечивая устойчивость к полеганию и повышая индекс урожая, обеспечивая более высокие урожаи зерна при высоких температурах. входные сельскохозяйственные системы.
Аллель того же гена с приобретением транскрипционной функции позволяет глубоководному рису адаптироваться к затоплению за счет противоположной фенотипической реакции - увеличения высоты растений. Способность SD1 выполнять такие разнообразные роли в культивируемом рисе подчеркивает присущую растению пластичность реакции на окружающую среду.
«Экстремальные погодные явления, вызванные изменением климата, могут повлиять на производство продуктов питания во всем мире», - сказал Куроха. «Фермерам потребуется разнообразить свои методы, а загадочная генетическая изменчивость, обнаруженная в генах дикого риса, может предложить адаптивные решения для выращивания устойчивых культур».