В сложном процессе клубнеобразования у картофеля есть возможности для повышения урожайности
Об этом сообщает группа китайских исследователей (Юньнаньская ключевая лаборатория биологии картофеля, Объединенная академия наук о картофеле, Инженерно-исследовательский центр устойчивого развития и использования энергии биомассы, Юньнаньский педагогический университет; Куньмин) в статье, опубликованной в журнале Agronomy 2023 на портале MDPI.
«Индукция и образование клубней картофеля являются одними из наиболее важных вегетативных событий для растения и для картофелевода, поскольку в этом время определяется будущая урожайность, - пишут авторы. - Эти события включают взаимодействие множества факторов окружающей среды с растительными гормонами и сигнальными молекулами, а также регуляцию такого взаимодействия на большом количестве ключевых генов и множественных путях передачи сигналов и метаболических путях. Процесс включает в себя ряд физиологических и биохимических изменений, таких как изменение состава, содержания и соотношения эндогенных гормонов, усиление скорости фотосинтеза листьев, ускорение экспорта ассимилятов, увеличение содержания сахарозы и крахмала, появление специфических белков.
Клубнеобразование у картофеля - сложный процесс, состоящий из четырех последовательных стадий:
1) формирование и рост столонов;
2) последующее загибание апикальной области в крючок;
(3) припухлость субапикальной части;
(4) растущий клубень.
Среди факторов, влияющих на клубнеобразование картофеля, фотопериод и температура – важнейшие факторы окружающей среды, при этом короткий день и прохладная температура вызывают образование клубней. Кроме того, клубнеобразование картофеля контролируется в основном его генетическими особенностями. В одной и той же внешней среде разные сорта картофеля обладают разной способностью образовывать клубни.
Стадия развития растений картофеля также считается важным фактором, регулирующим образование клубней, потому что растения должны достичь определенного физиологического возраста, чтобы реагировать на сигналы окружающей среды, вызывающие образование клубней.
Формирование клубней требует точной синхронизации биохимических путей и морфогенеза, который регулируется экспрессией специфических генов и продукцией различных сигнальных молекул, мРНК, специфических белков, микроРНК, растительных гормонов и сахаров.
Ген StSP6A - первостепенный в индукции и образовании клубней картофеля. Клубнеобразование картофеля зависит от фотопериода, короткие дни способствуют экспрессии StSP6A и, таким образом, образованию клубней. Клубнеобразование контролируется StSP6A, который индуцирует образование клубней при высокой доступности сахарозы.
Активные формы кислорода играют неотъемлемую роль в качестве сигнальных молекул в регуляции почти всех биологических процессов, таких как рост растений, развитие и реакция на абиотические стрессы и иммунные реакции.
Накопленные научные данные свидетельствуют о том, что перекись водорода (H 2 O 2), основная форма АФК, может действовать как важный вторичный мессенджер в путях передачи сигнала, опосредуя прямо или косвенно различные реакции, включая закрытие устьиц, геотропизм, прорастание семян, нормальный рост и развитие растений, программируемая гибель клеток, устойчивость к биотическим и абиотическим стрессам.
H 2 O 2 запускает физиологические, биохимические изменения и изменения экспрессии генов в растениях, вызывая соответствующие признаки и повышая приспособляемость.
Целью этого исследования было определить, участвует ли H 2 O 2 в индукции и образовании клубней картофеля и каким образом. Изучались эффекты экзогенной обработки H 2 O 2, накопление активных форм кислорода наблюдали с помощью гистохимического окрашивания, а уровни H 2 O 2 и скорость продукции супероксид-аниона (O 2 -) измеряли в столонах/клубнях картофеля двух местных сортов.
Настоящие результаты показали, что обработка H 2 O 2 значительно повышает уровень экспрессии StSP6A, особенно на ранних стадиях клубнеобразования - на 3 и 9 дни растущих из пазушных почек столонов.
Кроме того, результаты фенотипического наблюдения ясно показали, что повышенные концентрации экзогенного H 2 O 2 более 5 мМ приводят к снижению частоты клубнеобразования и сильному ингибированию роста проростков картофеля.
В целом, подтверждается, что накопление Н 2 О 2 в столонах может играть важную роль, действуя в качестве сигнальной молекулы для инициации образования клубней. Индуцированное Н 2 О 2 образование клубней запускается путем регуляции экспрессии генов, связанных с клубнеобразованием, и активации путей передачи сигнала, а StSP6A играет ключевую роль в H 2 O 2 -индуцированном образовании клубней у картофеля».
По статье группы авторов (Чунся Лэй, Минван Йе, Цаньхой Ли, Мин Гонг), опубликованной на портале www.mdpi.com.
Фото: Дмитрий Лукьянов.
Интересна тема? Подпишитесь на наши новости в ДЗЕН | Канал в Telegram | Группа Вконтакте | Дзен.новости.
