В этом году сразу несколько ведущих сельскохозяйственных регионов мира от Индии до Среднего Запада США зафиксировали температурные рекорды. И это может иметь тревожные последствия для поставок продовольствия: жара усугубляет засуху, приводит к гибели урожая и делает некоторые культуры более уязвимыми к вредителям и болезням. Новое решение может снизить эти риски.
Иммунная система растений не так сложна, как человеческая, но они умеют вырабатывать химические вещества, реагируя на нападения насекомых, бактериальные или грибковые инфекции.
Для многих растений важный иммунный путь включает салицилловую кислоту. У этого вещества есть антибактериальные свойства, а еще он действует как сигнал к запуску других иммунных путей.
Проблема в том, что в аномально жарких условиях этот путь практически закрывается. Для злаков, которые растут в более прохладных местах, например в Центральной Европе, всего нескольких дней выше 28°C может быть достаточно, чтобы навредить защитной системе растения.
9 декабря 2022 года AgroCode Hub при поддержке АО «Россельхозбанк» проведет всероссийскую премию AgroCode Awards 2022. Подробные условия и регистрация — на сайте. Подать заявку на участие можно до 24 ноября.
Об этом ограничении известно несколько десятков лет, но исследователи только недавно начали понимать, что именно идет не так и как они могут вмешаться в процесс. В новом исследовании они выявили чувствительный к температуре ген, который, по-видимому, и провоцирует защитный механизм.
Вместе со своей командой Шэн Ян Хэ, биолог из Университета Дьюка и Медицинского университета Говарда Хьюза, идентифицировали ген CBP60g, который кодирует белок, контролирующий участие других генов в пути салициловой кислоты.
После этого исследователи смогли изменить геном растений таким образом, чтобы они были вынуждены постоянно увеличивать выработку салициловой кислоты, даже при высоких температурах. У них даже получилось создать такие растения, которые вырабатывали защитные химикаты только при обнаружении патогена, экономя энергию и гарантируя, что они не замедлят рост, создавая ненужную защиту.
Как и во многих фундаментальных исследованиях растений, они использовали арабидопсис, аналог лабораторной крысы для биологов. Транслировать результат на другие растения может быть непросто, отмечает Сезар Куэвас-Веласкес, ботаник из Национального автономного университета Мексики и один из рецензентов исследования.
Фото в тексте: lehic / Shutterstock
Тем не менее, многие виды сельскохозяйственных культур, включая брокколи и брюссельскую капусту, являются близкородственными к арабидопсису. И поскольку путь салициловой кислоты есть у многих различных видов растений, в том числе таких культур, как пшеница, кукуруза и картофель, возможно, работа окажет влияние и за пределами лаборатории.
В последующих экспериментов группа пыталась воспроизвести результаты на рапсе, из которого производится рапсовое масло. Результаты были многообещающими, хотя работе все еще требуется проверка в полевых условия, говорит Хэ.
Однако стоит отметить, что для внедрения новой ДНК в растения ученые использовали бактерии. И это может быть препятствием для промышленного использования культур на полях, ведь они будут классифицироваться как ГМО. Впрочем, Хэ отмечает, что в будущих исследованиях можно использовать инструменты редактирования генов, такие как CRISPR, потенциально избегая некоторых проблем с регулированием и потребителями.
Другие эксперты быстро отмечают, что, хотя исследования, возможно, продвигаются вперед, проблема не совсем изучена.
«Остается еще много более фундаментальных вопросов», — отмечает Цзянь Хуа, ботаник из Корнельского университета. Прежде всего, неясно почему вообще иммунный путь прекращает функционировать при высоких температурах.
Замедление иммунитета при высоких температурах может быть эволюционной особенностью, но есть вероятность, что отключение определенных защитных механизмов при изменении температуры имеет смысл. При этом у некоторых растений есть другие иммунные реакции, которые усиливаются при повышении температуры, и пока мы не знаем, насколько они важны и как могут взаимодействовать.
Повышение температуры, вызванное изменением климата, повлияет на растения многими способами, помимо иммунитета. Но если исследователи смогут найти новые способы помочь растениям защитить себя, в конечном итоге это позволит использовать меньше пестицидов и обеспечить более устойчивые поставки продовольствия.
Источник: https://rb.ru/…
