Оскільки очікується, що зміни клімату призведуть до більш частих періодів посухи, дослідники все більше працюють над відкриттям, яке може допомогти рослинам адаптуватися до тривалої нестачі води.
Дослідники з Інституту Бойса Томпсона та Корнельського університету завершили перше дослідження, щоб отримати вичерпну картину змін експресії генів у відповідь на водний стрес у плодах — помідорах, Solanum lycopersicum — виявивши гени, які могли б допомогти селекціонерам розробити фрукти, здатні впоратися з умови посухи.
Опубліковано в грудневому номері журналу Фізіологія рослин, роботу очолила дослідницька група Кармен Катала, доцента BTI та старшого наукового співробітника Школи інтегративного рослинництва (SIPS) у Корнеллі. Серед дослідників, які співпрацюють, Джоселін Роуз, професор SIPS, і професори BTI Джим Джованоні, Чжанджун Фей і Лукас Мюллер, які також є ад’юнкт-професорами SIPS
«Ми ідентифікували низку генів, які беруть участь у реакції на водний стрес у плодах помідорів», — сказав Катала. «Тепер ми можемо почати відбирати гени-кандидати, які могли б допомогти селекціонерам вивести фрукти, здатні адаптуватися до умов посухи, і не лише помідори, але також виноград, яблука та м’ясисті фрукти в цілому. Це довгострокове потенційне застосування цих даних».
Дослідники досліджували експресію генів у листі томатів і шести плодових органах (перикарпій, плацента, перегородка, колумела, желе та насіння) у два різні моменти часу (ростання та дозрівання плодів) і за чотирьох різних умов водного стресу (немає, легкий, проміжний та сильний).
Дослідники виявили, що кожна тканина плодового органу змінювалася унікальним чином з часом.
«Менше 1% експресованих генів, на які вплинув водний стрес, були розподілені між усіма шістьма тканинами плодів, і більше 50% уражених генів були специфічними для однієї тканини», — сказав Катала.
На відміну від негативних наслідків посухи, яка викликає фізіологічні розлади та втрату плодів, є деякі позитивні наслідки, пов’язані з посухою — принаймні з помірною посухою.
Наприклад, дослідники виявили, що водний стрес збільшує кількість лікопіну в стиглих фруктах. Лікопін є антиоксидантом, який має задокументовану користь для здоров’я. Фрукти, які страждають від водного стресу, також мали вищий рівень біосинтезу крохмалю, що могло дати солодші помідори.
Дослідники також виявили, що вони можуть «навчити» помідори бути більш стійкими до майбутніх посух.
«Коли ми висіяли насіння з оброблених рослин, ми виявили, що розсада помідорів, які пережили стрес, продемонструвала краще відновлення від водного стресу в порівнянні з розсадою з контрольних помідорів», — сказав Філіп Ніколас, науковий співробітник лабораторії Катала та перший автор статті.
Ніколас сказав, що вони ідентифікували кілька генів, експресія яких викликана водним стресом у зрілому насінні, які можуть відігравати важливу роль у наданні стійкості до водного стресу наступному поколінню рослин.
Дослідження було складним у кількох аспектах, оскільки дослідники розглядали фрукти. Більшість досліджень реакції рослин на стрес від посухи вивчають коріння та листя розсади, оскільки їх відносно легко вивчити.
«Відносно легко піддавати стресу розсаду, але якщо ви піддаєте рослинам занадто сильний стрес, вони не будуть цвісти й плодоносити», — сказав Катала. «Крім того, коли ви хочете вивчати фрукти, ви повинні вирощувати дорослі рослини, що потребує більше часу, місця та загальних ресурсів».