У растений найден «переключатель весны»
Исследователи обнаружили «генетический переключатель», который инициирует у растений процесс цветения, реагируя на повышение температуры. Они установили, что за начало цветения при достижении определённой температуры отвечает ген, известный как PIF-4.Полученные данные можно использовать в будущих исследованиях по улучшению устойчивости злаков к воздействию окружающей среды в условиях предполагаемых изменений климата. Подробности исследования опубликованы в журнале «Nature».
– Что растения начинают цвести, когда становится теплее, мы знаем уже много веков, – говорит один из соавторов исследования, Филип Вигге (Центра Джона Инса, Норвич, Великобритания). – Вопрос заключался в том, каким образом растения управляют процессом цветения с такой точностью и чувствительностью.
Доктор Вигге утверждает, что растения реагируют на приход весны благодаря двум её признакам – увеличению продолжительности светового дня и повышению температуры.
– Обнаруженный ген реагирует на повышение температуры; это и помогло пролить свет на вопрос о том, откуда растение знает, что становится теплее, – сообщил Вигге «Би-би-си Ньюз». – Этот ген примечателен тем, что активен лишь тогда, когда вокруг тепло. Если вы охладите растение, он будет бездействовать. А вот когда температура повышается, он активирует гены, отвечающие за цветение, и таким образом запускает процесс цветения.
Для исследования использовалось растение арабидопсис (известно также как резуховидка Таля, Arabidopsis thaliana) – маленькое цветковое растение, произрастающее в Европе, Азии и Северной Африке. Арабидопсис был первым растением, для которого была выстроена последовательность генома; поэтому он очень удобен для исследований в области молекулярной биологии.
Вигге объяснил, что растения, вероятно, используют два механизма переключения, причём в различной степени; это влияет на параметры цветения растения.
– Некоторые растения цветут каждую весну в одно и то же время, а другие могут зацвести и раньше, если вокруг достаточно тепло. Второй путь – это путь растений, у которых есть активный ген PIF-4. Исследования, проведённые нами в США, показали, что растения, зацветающие при повышении температуры воздуха, имеют значительное конкурентное преимущество над растениями, которые этого не умеют. За последние сто лет в отдельных районах исчезли многие растения, руководствовавшиеся в вопросе цветения только долготой дня. А растения, реагирующие на тепло, существенно расширили свой ареал и сейчас встречаются намного чаще. Следовательно, такие растения в состоянии выжить при любом сценарии изменения климата, в отличие от не столь совершенных видов.
Фенологические исследования показывают, что сейчас растения цветут и дают плоды раньше, чем в прошлом. Но специалисты заявляют, что эти изменения ведут к разладу симбиотических отношений внутри экосистем – например, в части зависимости растений от насекомых-опылителей.
– Мы уже некоторое время в курсе, что популяции дикорастущих растений изменчивы; это различным образом связано с изменениями климата, – отмечает доктор Вигге. – Но мы не понимали механизма, лежащего в основе этого явления. Зато теперь, когда мы знаем, что некоторые гены играют важную роль в процессе цветения, мы можем начать выстраивать предположения. Мы можем наблюдать за экосистемами и, основываясь на знании, какие растения реагируют на изменения температуры, а какие – нет, предсказывать, какие экосистемы, скорее всего, претерпят изменения в будущем.
Это открытие может также помочь исследованиям в области злаков: учёные смогут сохранить урожаи на прежнем уровне, не позволив изменениям климата неблагоприятно сказаться на них.
Вигге говорит, что при каждом повышении средней мировой температуры на один градус урожаи будут снижаться примерно на 10%, так как текущий температурный диапазон для многих злаков уже и так оптимален.
– В целом, температура оказывает на урожаи очень серьёзное и сложное воздействие. Мы считаем, что процесс, проходящий в арабидопсисе, протекает также в ячмене и пшенице.
Это знание может помочь исследователям регулировать реакцию растений на изменение температуры – прямым генетическим вмешательством или с помощью селекционных программ.
– Идентификация нужных генов даёт нам очень мощный инструмент по модификации злаков, чтобы сделать их более устойчивыми к климатическим изменениям, – заключает Вигге.