Согласно новому исследованию, объясняющему, почему некоторые культуры от природы лучше других приспособлены к изменению климата, генетическая карта древних злаковых растений может стать ключом к обеспечению устойчивого глобального продовольственного снабжения в будущем.
Исследователи установили, что некоторые растения изначально обладали биологическим стартовым набором генов, позволившим им развить сверхбыструю форму роста, известную как C4- фотосинтез. В то время как большинство растений с трудом растут при высоких температурах, растения пути фотосинтеза C4, такие как кукуруза и сахарный тростник, используют специализированную внутреннюю систему для концентрации углекислого газа, что позволяет им процветать в жару, потребляя при этом значительно меньше воды.
Группа исследователей под руководством доктора Люка Даннинга, Шеффилдский университет, создала первые высококачественные карты ДНК для древней группы злаков, называемых Aristidoideae, что позволило им заглянуть в прошлое и изучить генетический план этих растений. Они обнаружили, что эти сверхэффективные злаки стали устойчивыми не случайно; вместо этого их предки претерпели генетическую трансформацию за миллионы лет до появления признаков жаростойкости. Результаты исследования опубликованы в журнале Plants, People, Planet.
В ходе исследования было изучено геномное строение этой древней линии злаковых, и выяснилось, что некоторые виды были от природы предрасположены к выживанию в условиях жары благодаря использованию существовавшего ранее генетического разнообразия.
Эти растения получили дополнительную копию ключевого фермента, бета-карбоангидразы, наряду с ранними генетическими изменениями, которые улучшили их способность перемещать питательные вещества и справляться со стрессом. Эти модификации создали биологическую основу, которая позволила этому конкретному семейству неоднократно развивать более эффективный фотосинтез, в то время как другие жизненно важные культуры, такие как рис и пшеница, оставались ограниченными своей исходной ДНК.
«Мы проследили глубокие эволюционные истоки эффективной системы фотосинтеза C4, показав, что ранние генетические изменения заложили основу для крупного биологического нововведения. Эти данные помогают объяснить, как эволюционируют сложные признаки и почему они появляются в одних линиях, но не в других», — сказала соавтор, доктор Лара Перейра.
Выявив конкретные гены, представляющие эти древние преадаптации, исследование дает представление о том, как ученые могли бы контролировать адаптации других сельскохозяйственных культур. Понимание этих генетических основ приближает нас к обеспечению продовольственной безопасности, позволяя исследователям потенциально разрабатывать более эффективные, естественные способы выживания растений в условиях глобального потепления.
Источник: University of Sheffield.
Добавим, что статьи российского исследователя доктора биологических наук, профессора, академика РАЕ Исхана Магомедова по этой теме вы можете почитать на нашем портале.
Отец «российского амаранта» профессор Исхан Магомедов – об уникальности амаранта и своей миссии
