Исследование раскрывает, как растения помидоров защищаются от жары и сохраняют урожайность.

С учетом постоянного роста глобальных температур, крайне опасно для сельского хозяйства становятся экстремальные жаркие периоды.

Научные исследования демонстрируют, что каждое повышение температуры на 1°С относительно уровня прединдустриального периода приводит к снижению урожайности сельскохозяйственных культур примерно на 6-8%. В связи с этим, способность растений выдерживать тепловое воздействие крайне важна для обеспечения продовольственной безопасности. К сожалению, основные молекулярные механизмы адаптации растений к жаре остаются до сих пор неизученными.

Однако новое исследование, проведенное под руководством профессора Сюя Цао в Институте генетики и биологии развития (IGDB) Китайской академии наук, позволяет нам более точно понять механизмы адаптации и разработать устойчивые к жаре сорта сельскохозяйственных культур в условиях изменяющегося климата.

В ходе исследования был обнаружен новый механизм, с помощью которого растения помидоров активно смягчают тепловой стресс и стабилизируют урожайность путем перепрограммирования развития стволовых клеток побегов. Результаты исследований были опубликованы в журнале Developmental Cell.

Стволовые клетки в апикальной меристеме побега (SAM) необходимы для развития надземных структур растений и напрямую влияют на урожайность. Однако тепловой стресс может вызвать аномальную дифференциацию или даже некроз этих стволовых клеток, что приводит к дефектам развития, гибели растений и большим потерям урожая. Поэтому понимание механизмов адаптации стволовых клеток SAM к тепловому стрессу является критической задачей для разработки более устойчивых сортов сельскохозяйственных культур и совершенствования методов их выращивания.

В своем исследовании профессор Сюй Цао и его команда определили ключевой молекулярный механизм адаптации растений помидоров. При повышении температуры активные формы кислорода накапливаются и способствуют разделению фаз репрессора флоральных процессов Terminating Flower (TMF). Это изменение обеспечивает продолжительную репрессию транскрипционных процессов с помощью конденсаций TMF, что в итоге перепрограммирует развитие стволовых клеток SAM и задерживает созревание побегов. Таким образом, растение продлевает вегетативный рост, избегая репродуктивного перехода при неблагоприятных условиях.

На ранних стадиях вегетативного роста помидоров они могут войти в состояние покоя в ответ на тепловой стресс, что временно приостанавливает их программу созревания. После нормализации температуры развитие возобновляется, что обеспечивает стабильную урожайность. Исследования показали, что такая стратегическая пауза помогает избежать потерь урожая на уровне 34-63% в первой плодовой кисти, что подчеркивает важность этой адаптивной стратегии против жары.

Растения помидоров замедляют созревание стволовых клеток, чтобы защитить себя от теплового стресса. Источник: IGDB.

Исследования позволяют предположить, что этот механизм «хеджирования ставок», который контролируется окислительно-восстановительными процессами, является стратегией выживания для растений, позволяющей им откладывать цветение в неблагоприятных условиях и, в конечном итоге, обеспечивать репродуктивный успех после устранения экологических стрессов.

Исследователи подчеркивают, что это открытие создает новую концептуальную основу для разработки селекции культур, устойчивых к изменяющемуся климату, и обеспечивает понимание механистических процессов, ведущих к повышению производительности сельского хозяйства.

Источник: Chinese Academy of Sciences.

Фотография: Медведева Анна, AgroXXI.ru.