Кейбір өсімдіктер бірнеше ай бойы сусыз өмір сүре алады, тек қысқа жаңбырдан кейін қайтадан жасылға айналады. Бонн және Мичиган университеттерінің жақында жүргізген зерттеуі бұл «ғажайып генге» байланысты емес екенін көрсетті. Керісінше, бұл қабілет гендердің тұтас желісінің салдары болып табылады, олардың барлығы дерлік осал сорттарда да бар. Нәтижелер қазірдің өзінде онлайнда пайда болды Өсімдік журналы.
Зерттеу барысында зерттеушілер Бонн университетінде бұрыннан зерттеліп келе жатқан бір түрді - Craterostigma plantagineum қайта тірілу зауытын мұқият қарастырды. Оның атауы өте орынды: құрғақшылық кезінде оны өлді деп ойлауы мүмкін. Бірақ айлар құрғақшылықтан кейін де оны жандандыру үшін аздап су жеткілікті. Бонн университетіндегі өсімдіктердің молекулалық физиологиясы және биотехнологиясы институтының (IMBIO) профессоры, доктор Доротеа Бартелс: «Біздің институтта біз зауыттың мұны қалай жасайтынын көп жылдар бойы зерттеп келеміз», - деп түсіндіреді.
Оның мүдделеріне мыналар жатады гендер құрғақшылыққа төзімділікке жауапты. Бұл қабілет бір ғана «ғажайып геннің» нәтижесі емес екені барған сайын белгілі болды. Оның орнына көптеген гендер қатысады, олардың көпшілігі құрғақшылыққа төтеп бере алмайтын түрлерде де кездеседі.
Өсімдікте әрбір хромосоманың сегіз данасы болады
Ағымдағы зерттеуде Бартелдің командасы Мичиган университетінің (АҚШ) зерттеушілерімен бірге Craterostigma plantagineum толық геномын талдады. Және бұл өте күрделі жасалған: жануарлардың көпшілігінде әр хромосоманың екі данасы бар - біреуі анадан, біреуі әкеден - Кратеростигмада сегіз болады. Мұндай «сегіз еселік» геномды октоплоид деп те атайды. Біз адамдар, керісінше, диплоидпыз.
«Генетикалық ақпараттың мұндай көбеюін көптеген адамдардан байқауға болады өсімдіктер астында дамыған экстремалды жағдайлар», - дейді Бартелс. Бірақ неге бұлай? Ықтимал себеп: Егер ген екі емес, сегіз данада болса, оны негізінен төрт есе жылдам оқуға болады. Октоплоидты геном қажетті ақуыздың көп мөлшерін өте жылдам өндіруге мүмкіндік береді. Бұл қабілет дамуы үшін де маңызды болып көрінеді құрғақшылыққа төзімділік.
Кратеростигмада құрғақшылыққа төзімділікпен байланысты кейбір гендер одан әрі қайталанады. Оларға ELIP деп аталатындар жатады — аббревиатура «ерте жарық индукцияланатын ақуыздар» дегенді білдіреді, өйткені олар жарықпен тез қосылып, тотығу стрессінен қорғайды. Олар құрғақшылыққа төзімді барлық түрлерде жоғары көшірмелерде кездеседі.
«Кратеростигмада 200-ге жуық ELIP гендері бар, олар дерлік бірдей және әртүрлі хромосомаларда он немесе жиырма көшірмеден тұратын үлкен кластерлерде орналасқан», - деп түсіндіреді Бартелс. Құрғақшылыққа төзімді өсімдіктер құрғақшылық кезінде тез реттелетін гендердің кең желісін тарта алады.
Құрғақшылыққа сезімтал түрлерде әдетте бірдей гендер бар, бірақ көшірмелер саны аз болса да. Бұл таңқаларлық емес: көптеген өсімдіктердің тұқымдары мен тозаңдары сусыз ұзақ уақыт өткеннен кейін жиі өне алады. Сондықтан оларда құрғақшылықтан қорғайтын генетикалық бағдарлама да бар. «Алайда, бұл бағдарлама әдетте өну кезінде өшіріледі және оны кейін қайта қосу мүмкін емес», - деп түсіндіреді ботаник. «Қайта тірілу өсімдіктерінде, керісінше, ол белсенді болып қалады».
Көптеген түрлер құрғақшылыққа төзімділікті «жаса алады».
Демек, құрғақшылыққа төзімділік өсімдіктердің басым көпшілігінің «қолынан келетін» нәрсе. Бұл қабілетті беретін гендер эволюция барысында өте ерте пайда болған болуы мүмкін. Дегенмен, бұл желілер құрғақшылыққа төзімді түрлерде тиімдірек және сонымен қатар өмірлік циклдің белгілі бір кезеңдерінде ғана белсенді емес.
Сонымен қатар, Craterostigma plantagineum-дағы әрбір жасуша бірдей «құрғақшылық бағдарламасына» ие емес. Мұны зерттеуге қатысқан Дюссельдорф университетінің ғалымдары да көрсетті. Мысалы, құрғақшылықтың әртүрлі желілік гендері жапырақтарға қарағанда кептіру кезінде тамырларда белсенді. Бұл күтпеген жағдай емес: мысалы, жапырақтар күннің зиянды әсерінен қорғануы керек. Оларға, мысалы, ELIPs көмектеседі. Жеткілікті ылғалмен өсімдік кем дегенде ішінара сәулені сіңіретін фотосинтетикалық пигменттер түзеді. Бұл табиғи қорғаныс негізінен құрғақшылық кезінде сәтсіздікке ұшырайды. Тамырлар, керісінше, күннің күйіп қалуы туралы алаңдатудың қажеті жоқ.
Зерттеу кейбіреулердің неліктен екенін түсінуді жақсартады түрлері құрғақшылықтан аз зардап шегеді. Бұл ұзақ мерзімді перспективада бидай немесе жүгері сияқты дақылдарды өсіруге ықпал ете алады. құрғақшылық. Климаттың өзгеруі кезінде олар болашақта бұрынғыдан да көбірек сұранысқа ие болуы мүмкін.