Ponieważ oczekuje się, że zmiany klimatu doprowadzą do częstszych okresów suszy, naukowcy coraz częściej pracują nad odkryciami, które mogą pomóc roślinom przystosować się do długotrwałego niedoboru wody.
Naukowcy z Boyce Thompson Institute i Cornell University zakończyli pierwsze badanie, które dostarczyło kompleksowego obrazu zmian ekspresji genów w odpowiedzi na stres wodny w owocu — pomidorze, Solanum lycopersicum — identyfikując geny, które mogą pomóc hodowcom roślin w opracowaniu owoców, które poradzą sobie z warunki suszy.
Publikacja w grudniowym numerze miesięcznika Fizjologia roślin, praca była prowadzona przez zespół badawczy Carmen Catalá, adiunkta w BTI i starszego współpracownika badawczego w School of Integrative Plant Science (SIPS) w Cornell. Współpracujący badacze to Jocelyn Rose, profesor SIPS, oraz profesorowie BTI Jim Giovannoni, Zhangjun Fei i Lukas Mueller, którzy są również adiunktami w SIPS
„Zidentyfikowaliśmy szereg genów zaangażowanych w reakcję na stres wodny w owocach pomidora” – powiedział Catalá. „Możemy teraz zacząć wybierać potencjalne geny, które mogłyby pomóc hodowcom w opracowaniu owoców, które mogą przystosować się do warunków suszy, i to nie tylko pomidorów, ale także winogron, jabłek i ogólnie mięsistych owoców. To długoterminowe potencjalne zastosowanie tych danych”.
Naukowcy przyjrzeli się ekspresji genów w liściach pomidora i sześciu organach owocowych (owocnia, łożysko, przegroda, kolumella, galaretka i nasiona) w dwóch różnych punktach czasowych (rosnące i dojrzałe owoce) oraz w czterech różnych warunkach stresu wodnego (brak, łagodny, pośredni i silny).
Naukowcy odkryli, że każda z tkanek organów owocowych zmieniała się w wyjątkowy sposób w czasie.
„Mniej niż 1% eksprymowanych genów, na które miał wpływ stres wodny, było wspólnych dla wszystkich sześciu tkanek owocowych, a ponad 50% dotkniętych genów było specyficznych dla pojedynczej tkanki” – powiedział Catala.
W przeciwieństwie do negatywnych skutków suszy, która powoduje zaburzenia fizjologiczne i utratę owoców, istnieją pewne pozytywne skutki związane z suszą – przynajmniej z suszą łagodną.
Na przykład naukowcy odkryli, że stres wodny zwiększa ilość likopenu w dojrzałych owocach. Likopen jest przeciwutleniaczem, który ma udokumentowane korzyści zdrowotne. Owoce zestresowane wodą miały również wyższy poziom biosyntezy skrobi, co mogło dać słodsze pomidory.
Naukowcy odkryli również, że mogą „wytrenować” pomidory, aby były bardziej odporne na przyszłe susze wodne.
„Kiedy wysialiśmy nasiona z traktowanych roślin, odkryliśmy, że sadzonki zestresowanych pomidorów wykazywały lepszą regenerację po stresie wodnym w porównaniu z sadzonkami z pomidorów kontrolnych” – powiedział Philippe Nicolas, doktor habilitowany w laboratorium Catalá i pierwszy autor artykułu.
Nicolas powiedział, że zidentyfikowali kilka genów, których ekspresja jest indukowana stresem wodnym w dojrzałych nasionach, co może odgrywać ważną rolę w nadawaniu tolerancji na stres wodny następnej generacji roślin.
Badanie było trudne pod kilkoma względami, ponieważ naukowcy przyglądali się owocom. Większość badań reakcji roślin na stres związany z suszą dotyczy korzeni i liści sadzonek, ponieważ są one stosunkowo łatwe do zbadania.
„Stosunkowo łatwo jest zestresować sadzonki, ale jeśli za bardzo zestresujesz rośliny, nie zakwitną i nie rozwiną owoców” – powiedziała Catalá. „Dodatkowo, jeśli chcesz badać owoce, musisz hodować dorosłe rośliny, co wymaga więcej czasu, miejsca i ogólnych zasobów”.