Молодой научный сотрудник кафедры «Пищевые и биотехнологии» Аммар Кади посвятил своё исследование вопросу адаптации зерновых к глобальному потеплению с публикацией статьи в издании «Вестник ЮУрГУ».
Данная статья представляет собой обзор современных глобальных исследований, посвящённых изучению влияния активных форм кислорода на процессы адаптации растений к различным стрессовым условиям.
Речь идет о таких зерновых культурах, как рис, пшеница, просо, ячмень и сорго, которые обеспечивают свыше половины калорий, потребляемых людьми, и являются основой экономической устойчивости всего мира. Их урожайность подвержена рискам, вызванным засухами, засолением почв, экстремальными климатическими условиями, нехваткой питательных веществ, а также воздействием вредителей и патогенов - все эти угрозы напрямую связаны с процессом глобального потепления.
При возникновении стрессовых условий у растения в его клеточных органеллах, таких как хлоропласты и митохондрии, начинает образовываться избыточное количество реактивных форм кислорода (ROS).
Примерами активных видов кислорода (ROS) являются супероксид-анион, перекись водорода, гидроксильный радикал и синглетный кислород.
Избыточное скопление активных форм кислорода вызывает окислительное повреждение липидов, нуклеиновых кислот и белковых структур, что ведет к разрушению всей клетки. В условиях засухи растение замедляет свой рост и пытается усиленно «дышать» - поглощать углекислый газ и выделять кислород, однако недостаток влаги также тормозит процесс ассимиляции внутри растения. В итоге это приводит к снижению урожайности и потере собранного продукта.
Однако ROS выступает не только как вредное для растений соединение, но и выполняет роль сигнала тревоги. Его концентрация тесно связана с уровнем фитогормонов, а также участвует в управлении эпигенетическими механизмами, регулирующими активность генов. Благодаря этому ROS способствует адаптации не только самого растения к условиям засухи, но и его потомства, создавая предпосылки для развития засухоустойчивых сортов.
Исследование, проведённое Аммаром Кади и его коллегами, выявило, что ROS способствует изменению гистонов - белков, окружающих ДНК. Эти преобразования формируют «память стрессовых ситуаций», благодаря чему растение способно быстрее и с большей эффективностью адаптироваться к повторяющимся стрессовым условиям.
В результате, например, у риса чрезмерное количество активных форм кислорода инициирует окислительный сигнал, стимулирующий гены, обеспечивающие устойчивость к засухе. У пшеницы засушливые условия приводят к увеличению уровня перекиси водорода, что способствует усилению экспрессии генов, охраняющих фотосинтетическую систему.
При разработке новых сортов растений и при планировании посевных мероприятий необходимо учитывать роль активных форм кислорода (ROS), особенно в условиях засухи, повышения температуры и засоления почв, что является результатом глобального потепления, подчеркнул автор исследования.
Данное исследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда (РНФ) в рамках реализации проекта №24-16-20028.
Источник: ФГАОУ ВО «ЮУрГУ (НИУ)».
