Спекотна погода послаблює імунну систему рослин, результати дослідження

Підсумки

Дослідники виявили, що рослини стають більш сприйнятливими до захворювань при високих температурах через зниження базального імунітету, але вони розробили генетичне рішення для відновлення здатності рослини захищатися від патогенів у жарку погоду. Дослідження було зосереджено на Arabidopsis thaliana, звичайному бур’яні, який використовувався в експериментах, і виявило, що шляхом обходу гена, який пригнічує вироблення гормону саліцилової кислоти в рослинах при підвищених температурах, можна відновити захисний механізм рослини.

Вчені давно намагаються зрозуміти, чому рослини стають більш вразливими до хвороб, коли температура підвищується.

Поки тривають відповідні дослідження, група дослідників з університетів усього світу шукала способи відновити здатність рослин захищатися від патогенів у жарку погоду.

"Рослини отримують набагато більше інфекцій при високих температурах, тому що рівень їх основного імунітету знижується», — сказав Шенг-Ян Хе, біолог рослин з Університету Дьюка, який очолював дослідницьку групу. ​"Тому ми хотіли дізнатися, як рослини відчувають тепло? І чи можемо ми справді це виправити, щоб зробити рослини термостійкими?»

Команда вчитися, опублікованому в журналі Nature, присвяченому Arabidopsis thaliana, скромному бур’яну, широко відомому як крес-салат, який вважається ​"лабораторний щур рослин» біологами рослин. Arabidopsis thaliana процвітає на узбіччях доріг, відкритих доріжках і пустирях і використовується в експериментах по всьому світу завдяки своєму короткому життєвому циклу та короткому геному, який легко змінити.

Вчені сказали, що основним захисним гормоном Arabidopsis thaliana є саліцилова кислота, яка використовується багатьма рослинами, включно з основними культурами, щоб протистояти хворобам. Однак вироблення саліцилової кислоти може бути порушено при підвищенні температури на кілька градусів.

"Екстремальні погодні умови асоціюється з зміна клімату впливають на багато аспектів життя рослин і тварин, включаючи реакцію на інфекційні захворювання», — пишуть дослідники. ​"Виробництво саліцилової кислоти, центрального захисного гормону рослин, особливо вразливе до пригнічення короткими періодами спекотної погоди, що перевищує нормальний діапазон температур росту рослин, через невідомий механізм».

Після багатьох років лабораторної роботи дослідники виділили ген CBP60g, який може стримувати вироблення гормону саліцилової кислоти в рослинах при підвищенні температури, нейтралізуючи їхній захисний механізм. Розчин генетично обійшов ген, щоб відновити захист рослини при високих температурах.

"Це були багаторічні та багатоінституційні зусилля», – сказав Крістіан Данве Кастроверде, біолог з Університету Вілфріда Лор’є в Канаді та співавтор дослідження. Olive Oil Times.

"У 2013 році [ми] виявили, що короткі періоди високої температури різко впливають на гормональний захист рослин Arabidopsis від зараження бактерією під назвою Pseudomonas syringae», — додав він. ​"Ще через кілька років нам вдалося визначити молекулярну основу того, як імунітет Arabidopsis пригнічується в умовах високої температури».

Дослідники обійшли ген в лабораторії, додавши a ​"промоутер.' Коротка послідовність ДНК змушує ген транскрибувати (копіювати послідовність ДНК у молекулу РНК), відновлюючи здатність Arabidopsis thaliana виробляти гормон саліцилової кислоти.

"Включно з рецептором саліцилової кислоти та біосинтетичними генами, оптимізованої експресії CBP60g було достатньо для широкого відновлення виробництва саліцилової кислоти, базального імунітету та імунітету, викликаного ефектором, при високій температурі росту без значних компромісів у рості», — пишуть дослідники.

Команда почала тестувати модифікацію генів на харчових культурах, таких як ріпак. Вони також планують експериментувати з більшою кількістю культур, зокрема пшеницею та картоплею. Однак Кастроверде сказав, що перед застосуванням виправлення у великих масштабах необхідна значна кількість польових досліджень.

"Багато рослин мають гени, подібні до CBP60g, і багато з них мають здатність виробляти саліцилову кислоту», — сказав він. ​"Схоже, рослини вже мають у своєму арсеналі зброю. Зараз наше завдання полягає лише у використанні цієї сили. Що стосується застосування в сільському господарстві, я вважаю, що нам потрібно почекати, доки ми не отримаємо успішних результатів у польових випробуваннях».

Тим не менш, конкретне рішення, запропоноване дослідницькою групою для відновлення імунної системи рослин, передбачає, що споживачі готові прийняти більше генетичних маніпуляцій зі своєю їжею.

"As зміна клімату прискорюється, ми будемо відчувати тиск, щоб вивчати речі в лабораторії та швидше переміщувати їх у польові умови», — сказав Марк Нішимура, експерт із імунітету рослин з Університету штату Колорадо, який не брав участі в дослідженні. ​"Я не розумію, як ми збираємося це зробити без більшого визнання генетично модифікованих рослин».

Інший вчитися Дослідники Китайського університету Гонконгу опублікували в червні попередження про те, що до 20 року врожайність сільськогосподарських культур може знизитися на 2050 відсотків у всьому світі через забруднення озоном і наслідки зміни клімату.

Незважаючи на успіх у відновленні захисту Arabidopsis thaliana від спеки, дослідники підкреслили той факт, що прогалина в розумінні того, як потепління клімату впливає на ефективність імунної системи рослини ​"головне занепокоєння щодо майбутньої продуктивності сільського господарства, збереження екосистеми та появи нових пандемій хвороб рослин».

Однак вони додали, що їхні результати вказують на те, що в майбутньому посіви стануть більш стійкими.

"Нам вдалося зробити всю імунну систему рослин більш міцною при високих температурах», — сказав Хе, рослинний біолог із Дьюка. ​"Якщо це також стосується сільськогосподарських рослин, це справді велика справа, тому що у нас є дуже потужна зброя».

• провідна
• Земля