Заморозки серьезно ограничивают производство томатов открытого грунта, но китайские исследователи уже определили шаги по созданию помидоров, которым не страшно похолодание.
Томат, представитель семейства пасленовых, культивируется во всем мире и является наиболее широко производимым овощем, составляя приблизительно 16% от общего мирового производства овощей.
Томат ценится за его богатый питательный профиль, включая витамины C, K и A, калий, пищевые волокна и антиоксиданты, такие как ликопин, которые в совокупности усиливают антиоксидантную способность и иммунную функцию у людей.
Однако томаты очень чувствительны к холодовому стрессу и часто страдают от заморозков, когда температура в поле опускается ниже 12 °C. Эта выраженная чувствительность осложняет стабильное производство в умеренных регионах и в условиях неожиданного похолоджания. Поэтому повышение холодоустойчивости томатов для поддержания роста и урожайности при субоптимальных температурах имеет важное значение для надежного производства.
Было исследовано несколько стратегий для улучшения устойчивости растений к холоду, с особым акцентом на выяснение лежащих в основе молекулярных механизмов. Среди них гетеротримерные G-белки оказались ключевыми регуляторами реакций на холодовой стресс у нескольких видов растений, включая рис, модельный Arabidopsis и огурец, что подчеркивает их биологическое и трансляционное значение.
В своей новой работе по морозостойким помидорам ученые Университет Шихэцзы, Китай, сосредоточилась на молекулярных механизмах холодоустойчивости, особенно тех, что связаны COLD1 и GPA1.
Были созданы и оценены на предмет устойчивости к холоду на стадии рассады процессинговые трансгенные линии томата, сверхэкспрессирующие COLD1 или GPA1, с акцентом на экспрессию ключевых генов, таких как SlICE1, SlCBF1 и SlCOR518, для выяснения молекулярных путей, обеспечивающих повышенную устойчивость к холоду. В условиях холодового стресса (4 °C в течение 5 дней) сравнивали физиологические и биохимические реакции между линиями дикого типа и трансгенными линиями.
Результаты показали, что линии со сверхэкспрессией COLD1 проявили заметно большую устойчивость к холоду, чем линии дикого типа и сверхэкспрессирующие GPA1, в частности, демонстрируя уменьшенное увядание и повреждение мембраны.
При 4 °C активность супероксиддисмутазы, пероксидазы и каталазы в линиях со сверхэкспрессией COLD1 была на 122%, 67,4% и 97,4% выше, чем в диком типе, и на 44,7%, 21,0% и 20,6% выше, чем в линиях со сверхэкспрессией GPA1, соответственно.
Кроме того, уровни перекиси водорода и супероксида были на 33,4% и 40,6% ниже в линиях со сверхэкспрессией COLD1 по сравнению с диким типом, и на 17,8% и 24,0% ниже по сравнению с линиями со сверхэкспрессией GPA1, соответственно.
Накопление осмолитов было более выражено в линиях COLD1, с уровнями растворимого сахара и пролина на 95,4% и 66,2% выше, чем в диком типе, и на 30,9% и 23,6% выше, чем в линиях GPA1 , соответственно.
Важно отметить, что изменения в экспрессии ключевых генов указывают на то, что обе трансгенные линии повышают устойчивость к холоду, модулируя путь ICE1-CBF-COR. В совокупности эти результаты подтверждают значительный вклад COLD1 в устойчивость к холоду у рассады томата и проливают свет на молекулярные механизмы, лежащие в основе адаптации к холоду.
Холодовой стресс оказывает многогранное воздействие на растения, нарушая разнообразные физиологические и биохимические процессы.
Низкие температуры снижают поглощение воды корнями, в то время как холодные ветры усиливают транспирацию, что приводит к увяданию листьев; кроме того, холодовой стресс повреждает клеточные мембраны и ухудшает фотосинтетический аппарат. В этом исследовании томаты дикого типа продемонстрировали выраженное увядание, повреждение мембран и снижение эффективности фотосинтеза при холодовом стрессе. Напротив, трансгенные линии, экспрессирующие SlCOLD1 и SlGPA1, показали меньшее повреждение мембраны и меньшее снижение эффективности фотосинтеза, при этом линии SlCOLD1 были затронуты меньше всего.
Методы редактирования генома, нацеленные на COLD1 (с GPA1 в качестве потенциального модификатора), могут открыть многообещающие пути для разработки устойчивых к холоду сортов томатов, подходящих для коммерческого сельского хозяйства.
Источник: Horticulturae 2025, doi.org/10.3390/horticulturae11111352
Интересна тема? Подпишитесь на наши новости в ДЗЕН | Канал в Telegram | Группа Вконтакте | Дзен.новости.