Ученые определили ключевую фазу жароустойчивости томатов
Изучая сорта томатов, которые плодоносят в исключительно жаркие вегетационные периоды, биологи из Университета Брауна определили фазу цикла роста, когда томаты наиболее уязвимы к экстремальной жаре, а также молекулярные механизмы, которые делают растения более устойчивыми к жаре.
Открытие, подробно описанное в исследовании в Current Biology, может дать ключевую стратегию для защиты продовольственных ресурсов в условиях климатической нестабильности, говорят исследователи. Сельскохозяйственная производительность особенно уязвима к изменению климата , отмечается в исследовании, и повышение температуры, как прогнозируется, снизит урожайность на 2,5–16% на каждый дополнительный 1 градус Цельсия сезонного потепления.
Ученые извлекли некоторые уроки из эволюции, чтобы поэкспериментировать с тем, как лучше всего ускорить процесс адаптации для сортов томатных растений, объяснил автор исследования Сорел В. Йимга Уонкап, научный сотрудник по молекулярной биологии , клеточной биологии и биохимии в Университете Брауна. Потребовалось бы много времени, чтобы эволюция отсеяла уязвимые сорта томатов, такие как Heinz, в пользу тех, которые могут выдерживать экстремальную жару, процесс, который также может поставить под угрозу качества, которые делают уязвимые культуры коммерчески привлекательными.
«Мы пытаемся разобраться в терморегуляции на молекулярном и клеточном уровне и определить, что и где нам нужно улучшить, чтобы мы могли нацелиться на них в коммерческих сортах растений и сохранить все в них, за исключением одного аспекта, который делает их уязвимыми к экстремальной жаре», — сказал Оуонкап. «Со временем вы можете начать накапливать различные механизмы устойчивости, поскольку условия выращивания продолжают меняться».
По словам автора исследования Марка Джонсона, профессора биологии в Университете Брауна, понимание термоустойчивости, или способности растений выдерживать экстремальные температуры, является многообещающей стратегией решения проблемы адаптации к климату.
«Представьте, если бы вы могли просто сделать томат Heinz более устойчивым к температурному стрессу, не влияя на вкусовые характеристики или на то, как люди воспринимают томат», — сказал Джонсон. «Это было бы большим преимуществом».
Фаза размножения растений была в центре внимания исследований в лаборатории Джонсона в течение многих лет. Хотя в научной литературе есть исследования того, как тепловой стресс влияет на рост растений в целом или на развитие ключевых репродуктивных структур, отсутствовали работы, которые бы специально изучали, что происходит после того, как пыльца попадает на рыльце во время размножения растений, сказал Джонсон.
В своей диссертационной работе Оуонкап сосредоточился на фазе роста пыльцевой трубки репродуктивного цикла растений. Он изучал различные сорта томатов, известные своей способностью давать плоды в исключительно жаркие вегетационные периоды. Сорта томатов в исследовании были родом с Филиппин, России и Мексики, и все они были выращены в Центре охраны окружающей среды растений в Брауне.
Сотрудничая с учеными из Университета Аризоны, Оуонкап изучал, как тепловой стресс влияет на способность пыльцы расти в цветке томатного растения. Он сосредоточился на том, как изменяется экспрессия генов, когда томатная пыльца, произведенная растениями, растущими в оптимальных тепличных условиях, подвергается воздействию высоких температур при выращивании в чашке Петри.
Партнеры команды в Аризоне обнаружили, что воздействие высокой температуры только во время фазы роста пыльцевой трубки ограничивает производство плодов и семян в большей степени у сортов томатов, чувствительных к теплу, чем у тех, которые устойчивы к теплу. Важно отметить, что Оуонкап обнаружил, что пыльцевые трубки из сорта томатов Тамаулипас, известного своей устойчивостью к теплу, демонстрируют усиленный рост при высокой температуре. Его молекулярный анализ пыльцевой трубки в этих томатах позволил исследовательской группе точно определить механизмы, связанные с термоустойчивостью.
По словам исследователей, томаты — идеальный организм для такого рода исследований. Способность различных сортов адаптироваться к различным экстремальным климатам дает ученым понимание того, как виды различаются в своих реакциях на условия окружающей среды. Помидоры также являются важной коммерческой культурой в странах по всему миру, от Средиземноморья до Египта, Турции и Калифорнии, некоторые из которых относятся к числу наиболее уязвимых к экстремальным жарким условиям.
Теперь, когда правильные молекулярные механизмы идентифицированы, следующим шагом станет определение конкретных методов, позволяющих выращивать томаты в разных климатических условиях. В одном гипотетическом сценарии ученые могли бы разработать небольшую молекулу, которая могла бы подготовить пыльцу в растениях к тому, чтобы они могли выдерживать волну тепла, объяснил Джонсон.
«Когда прогноз погоды показывал две недели высоких температур во время фазы роста пыльцевой трубки, фермер применял к растениям средство, которое изменяло экспрессию генов, чтобы пыльца была устойчива к жаре», — сказал он.
Хотя такого рода манипуляции пока еще далеки от будущего, исследователи утверждают, что эта область исследований уже созрела для изучения.
Источник: Университет Брауна
