Новое исследование под руководством Кейта Слоткина, доктора философии, члена Научного центра растений Дональда Данфорта, открывает перед учеными возможность оснастить растения инструментами, необходимыми им для адаптации к повышению уровня углекислого газа (CO 2 ), высокой температуре и другие факторы стресса, связанные с изменением климата. Исследование опубликовано в журнале The New Phytologist.
Исследование показывает, что трансгенерационное наследование происходило посредством метилирования ДНК, процесса, посредством которого растения «маркируют» ДНК, не изменяя код самой ДНК, предоставляя клеткам будущих поколений информацию о том, как «читать» эту ДНК. Этот процесс был обнаружен у двух ключевых видов растений, мха и арабидопсиса, и дает возможность подготовить растения к росту в условиях стресса, подвергая родительское растение таким же неидеальным условиям выращивания.
«Теперь мы знаем специфические факторы метилирования ДНК, которые позволяют запоминать реакцию на стресс, — сказал Слоткин, — поэтому в будущем мы сможем манипулировать этим процессом, чтобы создавать растения, постоянно устойчивые к этому стрессу».
Обладая этими знаниями, родительские поколения растений можно намеренно выращивать в контролируемой среде в стрессовых условиях, которые будут доводить их до предела, давая их потомству преимущество повышенной устойчивости к этому стрессору. Например, такую крупную культуру, как кукурузу, можно выращивать в условиях экстремальной жары, на грани того, что она сможет выжить, а семена, собранные с этой кукурузы, приведут к получению кукурузы с высокой термостойкостью, которую можно будет выращивать в месте, где испытывают повышение температуры.
Эта необычная память об окружающей среде уникальна для растений и отличается от того, как животные передают генетический признак, такой как цвет глаз или рост, от одного поколения к другому.
Не имея возможности убегать или искать укрытие, растения должны приспосабливаться к стихии, чтобы выжить. Стрессовые факторы, такие как засуха или экстремальные температуры, вызывают стрессовую реакцию, которая длится после первоначального воздействия стрессора; например, растение, пережившее экстремальную жару в начале своего цикла выращивания, будет готово выдержать экстремальную жару позже, даже если жара будет более экстремальной во второй раз.
Удивительно, но эта повышенная устойчивость не заканчивается жизненным циклом отдельного растения — растение может передавать такое поведение, передавая клеточную память о стрессе своим потомкам.
«Любая подсказка, которую родительское растение может дать своим потомкам об окружающей среде, поможет потомкам наиболее эффективно реагировать на все, что они могут испытать», — сказал главный исследователь Центра Данфорта Кит Слоткин, доктор философии. «Это «то, что тебя не убивает, делает тебя сильнее» в действии из поколения в поколение».
Это явление изучалось и раньше, но новое исследование было специально сосредоточено на межпоколенческом наследовании реакции CO 2 у двух важных растений: мхов и арабидопсиса. Изучение того, как растения реагируют на высокие уровни CO 2, особенно важно, поскольку изменение климата угрожает изменить рост растений в глобальном масштабе. Подтверждение трансгенерационного наследования адаптаций к высокому уровню CO 2 у мхов важно, потому что они эволюционно далеки от других исследованных растений, предполагая, что такое поведение является общим правилом для большого разнообразия растений. Арабидопсис, широко изучаемое модельное растение, позволил команде внимательно изучить механизмы, ответственные за формирование памяти о стрессе и передать эту память следующему поколению.
«Только в Центре Данфорта мы могли собрать весь этот разнообразный научный опыт, а затем сопоставить его с передовой инфраструктурой для выращивания растений, которая позволяла нам час за часом получать изображения растений сверху, когда они росли при разных уровнях CO 2 », сказал постдокторский сотрудник Каушик Панда, доктор философии, ведущий автор исследования.
В настоящее время команда изучает другие важные культуры, такие как рис и табак, чтобы собрать данные об их поведении. Они также стремятся к еще более глубокому пониманию того, что происходит на молекулярном уровне этих процессов.
