Изменение климата все больше сказывается на сельском хозяйстве: засухи становятся частыми, а высокая температура длится дольше. Ученые из Сибирского федерального университета совместно с новосибирскими коллегами исследуют, какие внутренние механизмы помогают картофелю и томату справляться с экстремальными условиями, и как эти знания можно использовать в селекции.
Акцент в исследованиях сделан на работе генов растений в условиях дефицита влаги и жары. По прогнозам климатологов, к концу XXI века средняя температура планеты может подняться на 1–7 градусов, что создает серьезные риски для урожайности. Этим объясняется, что создание устойчивых сортов становится не только актуальным, но и стратегическим вопросом.
Генетические механизмы адаптации
Ученые провели масштабный анализ уже существующих данных. В рамках мета-анализа транскриптомов они объединили результаты нескольких независимых экспериментов. Изучая, какие гены активируются и деактивируются у картофеля и томата в неблагоприятных условиях, было обработано около 450 образцов RNA-seq, полученных в контролируемых условиях.
Такой подход позволил выделить стабильные и воспроизводимые сигналы — группы генов, которые последовательно реагируют на стрессовые ситуации. Именно они представляют наибольший интерес для дальнейших исследований и селекции.
Физиологические изменения
Анализ показал, что при стрессовых условиях растения меняют свою физиологию. Усиливается работа защитных белковых систем, особенно шаперонов, которые сохраняют правильную структуру белков при высоких температурах. Кроме того, активируется антиоксидантная защита: в условиях жары и засухи в клетках накапливаются активные формы кислорода, и растения включают механизмы, снижающие их неблагоприятное воздействие. При этом большая часть ресурсов направляется не на рост и фотосинтез, а на выживание.
Важно отметить, что эта реакция не ограничивается одним «главным» геном — речь идет о целых регуляторных сетях, состоящих из десятков и сотен генов. Ученым удалось определить ключевые узлы этих сетей, среди которых особую роль играют транскрипционные факторы различных семейств.
Результатом работы стало создание карты кандидатных генов и регуляторных модулей, что может послужить основой для маркер-опосредованной селекции, а также для более точной настройки защитных реакций растений без значительного снижения урожайности.
Хотя исследование сосредоточено на пасленовых культурах, вычислительный подход универсален и может быть применен к другим видам растений, открывая новые горизонты для адаптации сельского хозяйства к меняющемуся климату.
