Найти в Дзене
СФУ | Мозговой Шторм

Как картофель и томаты учатся выживать в жару

Потепление климата всё заметнее влияет на сельское хозяйство: засухи случаются чаще, жара становится продолжительнее, а привычные культуры всё хуже переносят экстремальные условия. Учёные Сибирского федерального университета вместе с коллегами из Новосибирска изучили, какие внутренние механизмы помогают картофелю и томату адаптироваться к таким стрессам, и как эти знания можно использовать в селекции. В центре внимания исследователей оказалась работа генов у растений в условиях дефицита влаги и высокой температуры. По прогнозам климатологов, к концу XXI века средняя температура на планете может вырасти на 1–7 градусов, а это означает серьёзные риски для урожайности. Поэтому задача создания устойчивых сортов становится не просто актуальной, а стратегической. Учёные пошли по пути масштабного анализа уже накопленных данных. Они объединили результаты множества независимых экспериментов и провели мета-анализ транскриптомов, то есть изучили, какие гены «включаются» и «выключаются» у картофел

Потепление климата всё заметнее влияет на сельское хозяйство: засухи случаются чаще, жара становится продолжительнее, а привычные культуры всё хуже переносят экстремальные условия. Учёные Сибирского федерального университета вместе с коллегами из Новосибирска изучили, какие внутренние механизмы помогают картофелю и томату адаптироваться к таким стрессам, и как эти знания можно использовать в селекции.

В центре внимания исследователей оказалась работа генов у растений в условиях дефицита влаги и высокой температуры. По прогнозам климатологов, к концу XXI века средняя температура на планете может вырасти на 1–7 градусов, а это означает серьёзные риски для урожайности. Поэтому задача создания устойчивых сортов становится не просто актуальной, а стратегической.

Учёные пошли по пути масштабного анализа уже накопленных данных. Они объединили результаты множества независимых экспериментов и провели мета-анализ транскриптомов, то есть изучили, какие гены «включаются» и «выключаются» у картофеля и томата при жаре и засухе. Всего было обработано около 450 образцов RNA-seq, полученных в контролируемых условиях.

Такой подход позволил выделить устойчивые и воспроизводимые сигналы — наборы генов, которые стабильно реагируют на стресс. Именно они, по мнению исследователей, представляют наибольший интерес для дальнейших прикладных работ и селекции.

Анализ показал, что при неблагоприятных условиях растения перестраивают свою физиологию. Активнее начинают работать системы защиты белков — в частности, шапероны, помогающие сохранять их правильную структуру при перегреве. Одновременно усиливается антиоксидантная защита: в жару и засуху в клетках накапливаются активные формы кислорода, и растение включает механизмы, снижающие их разрушительное действие. При этом процессы роста и фотосинтеза частично подавляются, ресурсы временно направляются не на развитие, а на выживание.

Важно, что эта реакция не сводится к одному «главному» гену. Речь идёт о целых регуляторных сетях — сложных системах взаимодействия десятков и сотен генов. Учёным удалось определить ключевые узлы таких сетей: особую роль играют транскрипционные факторы семейств bZIP, bHLH, DOF и BBR/BPC. На их основе были построены модели регуляции, показывающие, какие элементы особенно важны для стрессоустойчивости паслёновых.

Практический результат работы своего рода «карта» кандидатных генов и регуляторных модулей. Она может стать основой для маркер-опосредованной селекции, привлечения диких родственников картофеля и томата как источников устойчивости, а также для более точной настройки защитных реакций растений без существенной потери урожайности.

Хотя исследование было посвящено именно паслёновым культурам, сам вычислительный подход универсален. При наличии данных его можно применять и к другим видам растений, что делает работу учёных СФУ важным шагом к адаптации сельского хозяйства к меняющемуся климату.

Источник: Известия

Фото: Эдуард Корниенко