Тъй като се очаква изменението на климата да доведе до по-чести периоди на суша, изследователите все повече работят, за да направят открития, които могат да помогнат на растенията да се адаптират към продължителен воден стрес.
Изследователи от института Бойс Томпсън и университета Корнел завършиха първото проучване, за да предоставят цялостна картина на промените в генната експресия в отговор на водния стрес в плода - доматите, Solanum lycopersicum - идентифицирайки гени, които биха могли да помогнат на селекционерите да развият плодове, които могат да се справят с условия на суша.
Публикувано в декемврийския брой на Физиология на растенията, работата беше ръководена от изследователския екип на Кармен Катала, асистент в BTI и старши научен сътрудник в Училището по интегративна растителна наука (SIPS) в Корнел. Сътрудничещите изследователи включват Джоселин Роуз, професор в SIPS, и професорите от BTI Джим Джованони, Джанджун Фей и Лукас Мюлер, които също са допълнителни професори в SIPS
„Ние идентифицирахме редица гени, които участват в отговора на водния стрес в плодовете на доматите“, каза Катала. „Сега можем да започнем да избираме кандидат-гени, които биха могли да помогнат на животновъдите да развият плодове, които могат да се адаптират към условията на суша, и не само домати, но също така и грозде, ябълки и месести плодове като цяло. Това е дългосрочно потенциално приложение на тези данни.
Изследователите са разгледали генната експресия в листата на доматите и шест плодни органа (перикарп, плацента, преграда, колумела, желе и семена) в две различни времеви точки (растящи и зрели плодове) и при четири различни условия на воден стрес (никакви, леки, междинни и силен).
Изследователите открили, че всяка от тъканите на органа на плода се променя по уникален начин с течение на времето.
„По-малко от 1% от експресираните гени, които са били засегнати от воден стрес, са споделени между всичките шест плодови тъкани, а повече от 50% от засегнатите гени са специфични за една тъкан“, каза Катала.
За разлика от отрицателните ефекти на сушата, която предизвиква физиологични нарушения и загуба на плодове, има някои положителни ефекти, свързани със сушата - поне при лека суша.
Например, изследователите установиха, че водният стрес увеличава количеството на ликопен в зрелите плодове. Ликопенът е антиоксидант, който има документирани ползи за здравето. Водно стресираните плодове също имат по-високи нива на биосинтеза на нишесте, което може да доведе до по-сладки домати.
Изследователите също така установиха, че могат да „обучат“ доматите да бъдат по-устойчиви на бъдещи засушавания.
„Когато засяхме семената от третирани растения, открихме, че разсадът от стресирани домати показва подобрено възстановяване от водния стрес в сравнение с разсада от контролните домати“, каза Филип Николас, постдокторант в лабораторията на Катала и първи автор на статията.
Николас каза, че са идентифицирали няколко гена, чиято експресия е предизвикана от воден стрес в зрели семена, които биха могли да играят важна роля в предоставянето на толерантност към воден стрес на следващото поколение растения.
Проучването беше предизвикателство по няколко начина, защото изследователите разглеждаха плодове. Повечето проучвания на реакциите на растенията към стреса от суша изследват корените и листата на разсада, тъй като те са относително лесни за изследване.
„Сравнително лесно е да стресирате разсада, но ако стресирате растенията твърде много, те няма да цъфтят и да развият плодове“, каза Катала. „Освен това, когато искате да изучавате плодове, трябва да отглеждате възрастни растения, което отнема повече време, място и общи ресурси.“