Деякі рослини можуть виживати без води місяцями, щоб знову стати зеленими після короткої зливи. Недавнє дослідження, проведене університетами Бонна та Мічигану, показує, що це не пов’язано з «диво-геном». Швидше, ця здатність є наслідком цілої мережі генів, майже всі з яких також присутні в більш вразливих сортах. Результати вже з’явилися в мережі Журнал рослин.
У своєму дослідженні дослідники уважно розглянули вид, який протягом тривалого часу вивчався в Боннському університеті, — воскресну рослину Craterostigma plantagineum. Свою назву він носить цілком справедливо: під час посухи можна подумати, що він мертвий. Але навіть після місяців посухи достатньо трохи води, щоб відродити його. «У нашому інституті ми вивчали, як рослина робить це протягом багатьох років», — пояснює професор доктор Доротея Бартельс з Інституту молекулярної фізіології та біотехнології рослин (IMBIO) Боннського університету.
Її інтереси включають гени які відповідають за посухостійкість. Ставало все більш очевидним, що ця здатність не є результатом одного «диво-гена». Натомість задіяно дуже багато генів, більшість з яких також є у видів, які не так добре справляються з посухою.
Рослина має вісім копій кожної хромосоми
У поточному дослідженні команда Бартел разом з дослідниками з Мічиганського університету (США) проаналізувала повний геном Craterostigma plantagineum. І це побудовано досить складно: у той час як більшість тварин мають дві копії кожної хромосоми — одну від матері, одну від батька — у кратеростигми їх вісім. Такий «восьмикратний» геном ще називають октоплоїдним. Ми, люди, навпаки, диплоїди.
«Таке розмноження генетичної інформації можна спостерігати у багатьох рослин які еволюціонували під екстремальні умови", - каже Бартельс. Але чому так? Ймовірна причина: якщо ген присутній у восьми копіях замість двох, його, в принципі, можна прочитати в чотири рази швидше. Таким чином, октоплоїдний геном може дозволити дуже швидко виробляти велику кількість необхідного білка. Ця здатність також видається важливою для розвитку посухостійкість.
У Craterostigma деякі гени, пов’язані з більшою толерантністю до посухи, ще більше реплікуються. До них відносяться так звані ELIP — абревіатура розшифровується як «білки, індуковані раннім світлом», оскільки вони швидко вмикаються світлом і захищають від окислювального стресу. Вони зустрічаються у великій кількості у всіх посухостійких видів.
«Craterostigma містить близько 200 генів ELIP, які є майже ідентичними та розташовані у великих кластерах по десять-двадцять копій на різних хромосомах», — пояснює Бартелс. Таким чином, стійкі до посухи рослини можуть, ймовірно, використовувати розгалужену мережу генів, які вони можуть швидко активізувати у разі посухи.
Види, чутливі до посухи, зазвичай мають однакові гени, хоча й меншу кількість копій. Це також не дивно: насіння та пилок більшості рослин часто все ще здатні проростати після тривалого періоду без води. Отже, вони також мають генетичну програму захисту від посухи. «Однак ця програма зазвичай вимикається під час проростання і не може бути повторно активована після цього», — пояснює ботанік. «У воскресних рослинах, навпаки, він залишається активним».
Більшість видів «можуть» посухостійкі
Отже, посухостійкість — це те, на що переважна більшість рослин «може». Гени, які надають цю здатність, ймовірно, виникли дуже рано в ході еволюції. Однак ці мережі більш ефективні у посухостійких видів і, крім того, не активні лише на певних етапах життєвого циклу.
Тим не менш, не кожна клітина Craterostigma plantagineum також має однакову «програму посухи». Це показали дослідники з Університету Дюссельдорфа, які також брали участь у дослідженні. Наприклад, різні гени мережі посухи активні в коренях під час висихання, ніж у листі. Це відкриття не є несподіваним: листям, наприклад, потрібно захиститися від шкідливого впливу сонця. У цьому їм допомагають, наприклад, ELIP. При достатньому зволоженні рослина утворює фотосинтетичні пігменти, які хоча б частково поглинають радіацію. Цей природний захист значною мірою не працює під час посухи. Коріння, навпаки, не повинні турбуватися про сонячні опіки.
Дослідження покращує розуміння того, чому деякі вид так мало страждають від посухи. Тому в довгостроковій перспективі це може сприяти виведенню таких культур, як пшениця чи кукурудза, які краще справляються з посуха. У часи зміни клімату вони, ймовірно, будуть користуватися більшим попитом, ніж будь-коли в майбутньому.