Фактор глобального потепления: как активировать механизм иммунной защиты растений в условиях аномальной жары

Глобальное потепление несёт серьёзные риски для продовольственной безопасности и сельского хозяйства, поскольку в условиях аномальной жары иммунная система растений перестаёт эффективно бороться с вредителями и болезнями. Об этом говорится в научной статье, опубликованной в журнале Nature. Её авторы открыли молекулярный механизм активации иммунитета растений в условиях жары — выяснилось, что за эти процессы «отвечает» специальный ген. Исследователи смогли создать растения, которые в условиях повышенных температур включают иммунную защиту.

• Gettyimages.ru
• © WLADIMIR BULGAR/SCIENCE PHOTO LIBRARY

Международная группа учёных открыла ген, отвечающий за устойчивость растений к высоким температурам, и сумела с помощью генных технологий создать растения, хорошо переносящие жару. Исследование опубликовано в журнале Nature.

Авторы работы напоминают, что глобальное потепление, приводящее ко всё более частым случаям экстремальной жары, может оказать серьёзное влияние на растения, включая сельскохозяйственные культуры.

При этом известно, что высокая температура подавляет у растений способность к выработке естественного гормона — салициловой кислоты. Этот регулятор активирует иммунную систему растения для эффективной борьбы против вредных микроорганизмов, таких как бактерии. Согласно приведённым данным, уже сегодня вредители и болезни растений наносят большой вред продовольственным культурам, уничтожая до 40% мирового урожая.

Влияние глобального изменения климата на экономику ряда стран действительно нарастает, это отмечают и другие исследователи. Например, накануне в журнале Environmental Research было опубликовано исследование учёных-климатологов, которые пришли к выводу, что изменение климата приводит к усилению волн тепла, подобных аномальной жаре этого года в Индии и Пакистане, когда температура поднималась до +50 °C.

• AFP
• © Pawan SHARMA

Негативное воздействие на растение оказывается даже в случае, когда температура воздуха держится на уровне +30 °С в течение двух дней. В такой ситуации они уже не могут вырабатывать достаточное для активации иммунной защиты количество салициловой кислоты.

«При повышенной температуре растения подвержены гораздо большему количеству инфекций в силу снижения базального иммунитета», — отметил ответственный автор статьи, биолог из Университета Дьюка Шэн-Ян Хэ.

Эту закономерность учёный выявил ещё 2010-х годах на опытах с растением арабидопсисом. Однако молекулярный механизм этого сбоя в работе иммунитета растений до последнего времени был неизвестен.

Учёные установили, что присутствующие в растениях специальные молекулы фитохрома работают в качестве «термометров», помогая растениям реагировать на повышение температуры воздуха ростом и цветением. Однако гипотеза о том, что фитохромы также принимают участие в регуляции выработки салициловой кислоты, не подтвердилась — оказалось, что растения, у которых фитохромы всегда активны, страдают от жары так же, как и обычные.

Поэтому исследователи направили усилия на поиск специального гена, который отвечает за активацию иммунной защиты растений. Выяснилось, что многие гены, которые при повышенных температурах подавлялись, регулировались одним и тем же геном — CBP60g.

Ген CBP60g действует как главный переключатель, управляющий другими генами, поэтому любой способ подавления или выключения CBP60g предполагает также выключение многих других генов — они перестают производить белки, позволяющие растительной клетке накапливать салициловую кислоту.

• РИА Новости
• © Виктор Толочко

Исследователи нашли способ создать теплоустойчивые растения, которые включают главный переключатель CBP60g лишь во время неблагоприятного воздействия на них высоких температур. 

Возможность активировать иммунную защиту только по мере необходимости очень важна, поскольку в противном случае постоянное напряжение защитных механизмов могло бы негативно сказаться на урожайности.

В исследовании приняли участие учёные из Университета Дьюка, Йельского университета, Калифорнийского университета в Беркли, а также Хуачжунского сельскохозяйственного университета в Китае. Авторы намерены запатентовать свою разработку.

«Нам удалось в целом повысить устойчивость иммунной системы растений в условиях высоких температур. Если это будет верно и в отношении культурных растений, то значение (нашего исследования. — RT) огромно, поскольку тогда у нас будет очень мощное оружие (для защиты растений от болезней и вредителей. — RT.)», — подчеркнул Шэн-Ян Хэ.

Источник