Специалисты Уральского федерального университета обнаружили диких предков пшеницы, устойчивые к продолжительным засухам. Гены этих диких сородичей помогут современным окультуренным сортам выживать в условиях стресса, что крайне важно в том числе из-за меняющегося климата.
«У нас есть большая коллекция диких видов пшениц, сортов культурных пшениц и предков всех пшениц, эгилопсов. С коллекцией мы работаем давно, получили ее из Санкт-Петербурга, Новосибирска, Уфы. Среди видов, с которыми мы работали и которые сейчас не выращивают — Двузернянка, Синская, Петропавловская и многие другие», — рассказывает заведующая кафедрой экспериментальной биологии и биотехнологий УрФУ Ирина Киселева.
На протяжении нескольких лет биологи изучали, как все растения фотосинтезируют, которые из них потенциально имеют лучшую способность фотосинтезировать, и за счет чего это происходит. Напомним, при фотосинтезе в листьях образуется органическое вещество, которое транспортируется, в частности у пшеницы, в колос, злаки, затем откладывается в виде крахмала и белков в семенах. Таким образом растения питаются и растут.
Ученые также исследовали, как прародители современной пшеницы регулируют водный режим. Дело в том, что для всех хлебных злаков одной из главных проблем является устойчивость к засухе. Как правило, пшеницу выращивают в засушливых регионах, в жарких условиях, где часть растений нередко гибнет из-за недостатка влаги. Поэтому на протяжении столетий селекционеры выводят засухоустойчивые сорта пшеницы.
Биологам УрФУ удалось обнаружить у диких растений характеристики, которые определяют их способность к фотосинтезу и выживать в засушливые периоды, что взаимосвязано.
«Существуют дикие предки современной пшеницы, устойчивые к засухе. У них есть это свойство, потому что место их происхождения — жаркие регионы с продолжительными засухами, — объясняет соавтор работы, заведующий лабораторией молекулярной и клеточной биотехнологии УрФУ Александр Ермошин. — У физиологов растений существует выражение, “растение всегда находится на грани между голодом и жаждой”.
Дело в том, что углекислый газ для фотосинтеза в растения поступает через устьица на поверхности листьев, но и вода испаряется из растений через те же самые устьица. И мы обнаружили оптимальные сочетания, при которых растения удерживают влагу длительное время. Поняли почему, например, у диких сородичей хлоропласт работает эффективнее (эффективнее фотосинтезирует), а лист в целом сохраняет воду лучше, чем это делают современные виды (например, та же твердая пшеница)».
Так, у диких сородичей количество устьиц и их размеры определяют, насколько хорошо они открываются и закрываются, и позволяют потоку углекислого газа войти внутрь листа или ограничивают испарение воды. С другой стороны, компоненты клеток у диких растений защищаются от дефицита влаги, добавляют биологи.
У растений много биохимических механизмов сохранения функций при засухе. Так, они накапливают белки, которые гидротируются и удерживают молекулы воды. Существует, например, такой механизм, как накопление низкомолекулярных веществ, которые тоже сохраняют воду в клетках. Есть и такие вещества как полиамины, которые при засухе синтезируются и уменьшают токсичность продуктов метаболизма, который меняется при засухе.
«Данные, которые мы обнаружили, будут полезны селекционерам для маркер-опосредованной селекции, так как дикие виды пшеницы могут стать источником важных генов», — говорит Ирина Киселева.
Сейчас ученые работают над выявлением генных локусов или участков генетического материала, которые отвечают за эти полезные признаки. Исследования проводятся при поддержке Минобрнауки России в рамках Десятилетия науки и технологий.
Изображения: УрФУ / Владимир Мартьянов.
Источник: УрФУ
