Исследователи создают новые генетически модифицированные культуры, способные преуспеть в условиях низких температур.

Сообщество исследователей из Нанкинского сельскохозяйственного университета трудится над созданием неприхотливых генетически модифицированных культур, которые обещают превзойти существующие сорта по многим параметрам.

Белая кувшинка (Nymphaea candida), прославившаяся своей фотосинтетической активностью в горных районах Синьцзяна, стала образцом для исследования механизмов ее адаптации к низким температурам. Благодаря комплексному мультиомному подходу, ученые смогли предложить всесторонний анализ механизмов адаптации этого растения к холоду, что является значительным вкладом в сельскохозяйственную науку.

Исследование проливает свет на сложные процессы адаптации к низким температурам, которые происходят у белой кувшинки. Во время зимней спячки она успешно перераспределяет свои ресурсы, что облегчает ее выживаемость. Наблюдаемые морфологические изменения, такие как асимметричное развитие боковых почек и формирование корней в основании листа, отличаются от других клубневых растений. Особую роль в их выживаемости играют жизнеспособность и прочность их корневищ.

Горизонтальный рост корневища и развитие боковых почек у белой кувшинки напоминают некоторые явления, наблюдаемые у имбиря, хотя происходят с асимметрией. При снижении температуры замедление роста листьев и последующая спячка способствуют перераспределению ресурсов, повышая ее устойчивость к холоду. Белая кувшинка идеально подражает эволюционному компромиссу между ростом и выживаемостью, сохраняя ресурсы для повышения своей устойчивости.

Ультраструктурные исследования корневых клеток белой кувшинки во время зимней спячки обнаружили динамическое взаимодействие субклеточных модификаций. В частности, реструктуризация вакуолей, сопровождающаяся увеличением внутриклеточного содержания, играет важную роль в защите от низких температур. Кроме того, изменения в хлоропластах и митохондриях свидетельствуют о чувствительности этих органелл к холоду, подтверждая предыдущие открытия в других растениях.

Исследователи отмечают, что увеличение устойчивости к холоду у белой кувшинки происходит путем регулирования аминокислотного метаболизма, особенно аккумуляции пролина. Пролин, накапливающийся при неблагоприятных условиях, таких как холодовой стресс, синтезируется из глутамата и орнитина. Экзогенное применение пролина повышает устойчивость к холоду у белой кувшинки, подтверждая его потенциал в повышении устойчивости других растений к низким температурам.

Анализ экспрессии генов, фитогормонов и метаболитов позволил выявить регуляторную сеть, играющую центральную роль в адаптации белой кувшинки к холоду. Важную роль в этом сетевом взаимодействии играют азотный метаболизм и определенные пути аминокислот.

Обнаружение ключевых метаболитов, таких как мио-инозитол и L-пролин, а также недостаточное использование ненасыщенных жирных кислот указывают на новые механизмы регуляции температуры у растений.

Результаты этого исследования предлагают перспективы для разработки холодоустойчивых культур. Адаптивные стратегии белой кувшинки могут стать основой для новых методов селекции и создания сортов растений, способных выживать при низких температурах. В условиях изменяющегося климата это может стать надеждой для устойчивого сельского хозяйства.

По материалам статьи (Пэнхэ Цю, Тонг Лю, Инчунь Сюй, Чуньсю Йе, Ран Чжан, Яньцзе Ван, Цицзян Цзинь), опубликованной в журнале Horticulture Research.

На фото: (A) Морфология корневища белой кувшинки. LB1, LB2, LB3: боковые почки, обозначенные в соответствии с их порядком образования. (B) Морфология листовой пластины. R: корневой кончик. (C, D) Положение листовых и цветочных почек. L: листовая почка; F: цветочная почка. (E) Точка роста корневища. G: точка роста. Фото предоставлено указанными авторами.