В результате глобального исследования, проведенного под руководством Ньюкаслского университета, была получена наиболее полная на сегодняшний день генетическая информация о солеустойчивом растении солерос, или саликорния (Salicornia), которая поможет в выращивании продуктов питания в самых суровых условиях мира.
В исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications, были секвенированы геномы шести видов Salicornia — съедобного солеустойчивого растения, которое часто сравнивают со спаржей по вкусу и текстуре.
Ученые проанализировали ДНК 318 образцов солероса со всего земного шара и обнаружили четыре четких субгенома и специфические генетические механизмы, которые позволяют солеросу не просто переносить соль, а буквально процветать за ее счет. В отличие от большинства растений, для которых натрий токсичен, Salicornia активно поглощает ионы Na⁺ из почвы и безопасно изолирует их внутри клеточных вакуолей, используя соль как ресурс для поддержания внутреннего давления и роста. Полученные результаты закладывают основу для будущих селекционных работ, направленных на разработку культур, способных успешно расти там, где традиционное сельское хозяйство испытывает трудности.
Солерос, также известный в кулинарии как «морская спаржа», уже знаком гурманам в Европе, Азии и Северной Америке. Его сочные, хрустящие стебли с естественным солоноватым вкусом подают в премиальных ресторанах к морепродуктам. Однако расшифровка генома переводит это растение из разряда экзотических дикоросов в статус полноценной сельскохозяйственной культуры будущего.
Помимо съедобных побегов, солерос обладает огромным промышленным потенциалом. Семена растения содержат до 35% белка и до 30% высококачественного масла, богатого полезной линолевой кислотой. По своим свойствам оно способно конкурировать с сафлоровым и подсолнечным маслом.
Культура может расти на заброшенных солончаках, в пустынях и прибрежных зонах. Для полива солероса подходит чистая морская вода или соленые промышленные стоки, что позволяет сохранить дефицитные запасы пресной воды для других нужд.
Доктор Ванесса Мелино, специалист по растениям из Ньюкаслского университета в Австралии и руководитель исследования, заявила, что проблема нехватки пресной воды становится одной из самых серьезных проблем сельского хозяйства: «Саликорния предлагает другой путь. Она способна расти в морской воде и засоленных почвах, где большинство сельскохозяйственных культур не могут. Это исследование дает нам основу для начала разработки солеустойчивых культур в будущем».
В пятилетнем проекте приняли участие 24 исследователя из восьми стран, объединенных общей целью – понять генетические особенности одной из самых перспективных в мире солеустойчивых сельскохозяйственных культур. Исследование началось в Университете науки и технологий имени короля Абдаллы (KAUST) в Саудовской Аравии.
В ходе исследования были выявлены гены, связанные с устойчивостью к засолению, уточнены особенности эволюции и родства различных видов, а также созданы коллекции семян, пригодные для селекции, с целью поддержки дальнейшего развития сельскохозяйственных культур.
Полученные результаты появились в критически важный момент. Деградация земель, вызванная засолением, ежегодно обходится мировой экономике в миллиарды долларов из-за потери сельскохозяйственного производства, а растущее давление на пресноводные ресурсы вынуждает исследователей и фермеров искать новые способы производства продуктов питания.
«Благодаря передовым геномным технологиям, мы можем сканировать весь геном саликорнии, чтобы понять весь спектр генов, участвующих в устойчивости к соли. Мы обнаружили, что устойчивость к соли — это гораздо более сложный процесс, чем простое действие одного гена. Мы выявили гены-кандидаты, которые никогда бы не предсказали с помощью традиционных подходов», — сказала Мелино.
Мелино, недавно получившая премию Джен Андерсон за выдающиеся достижения в исследованиях в области растениеводства, заявила, что полученные результаты имеют значение далеко за пределами солероса.
«Понимание того, как растения естественным образом выживают в засоленной среде, дает нам ценные подсказки для улучшения других сельскохозяйственных культур. Знания, полученные нами в ходе изучения Salicornia, могут помочь в будущих разработках сельскохозяйственных культур, лучше адаптированных к сложным условиям выращивания», — сказала она.
Премия Джен Андерсон — это престижная австралийская научная награда, учрежденная Австралийским обществом биологов растений (ASPS). Награда присуждается талантливым женщинам-ученым в области растениеводства, находящимся на начальном или среднем этапе своей исследовательской карьеры (после защиты докторской диссертации). Премия отмечает их выдающийся вклад в науку и призвана поддержать женщин в академической среде. Премия носит имя профессора Джоан «Джен» Мэри Андерсон (1932–2015) — всемирно известного австралийского биолога. Она совершила революционные открытия в изучении фотосинтеза (в частности, раскрыла молекулярную структуру мембран, превращающих солнечную энергию в растительных клетках).
Новые генетические данные открывают уникальные возможности для регионов со строгими экологическими барьерами. Например, жесткие меры биобезопасности Австралии долгое время препятствовали импорту зарубежных видов саликорнии. Однако теперь расшифрованный геном послужит готовым «чертежом» для работы с местной флорой.
«Мы можем применить то, что мы узнали из изучения солероса, к местным солеустойчивым растениям Австралии, которые являются его ближайшими родственниками, — объясняет доктор Мелино. — Наши результаты дают нам четкую отправную точку для улучшения местных солеустойчивых растений в качестве будущих продовольственных культур. Если мы сможем выращивать продукты питания, используя морскую воду и засоленные почвы, мы сможем создать новые возможности для сельского хозяйства, не создавая дополнительной нагрузки на запасы пресной воды. Это также открывает возможности ближе к дому, поскольку источники соленых сточных вод из бассейна реки Мюррей-Дарлинг представляют собой неиспользованный ресурс для этого вида сельского хозяйства».
Источник: Newcastle University. На фото: доктор Ванесса Мелино с растением солерос. Фото: Ньюкаслский университет в Австралии.