Способность подсолнечника поглощать ультрафиолет может стать ключом к созданию засухоустойчивых сортов

Подсолнухи любят за их размеры и яркие, неотразимые цветы. Ярко-желтые лепестки привлекают опылителей. Но внутри плотно упакованного расположения лепестков находится ультрафиолетовый узор «яблочко», который, хотя и невидим для людей, хорошо виден некоторым насекомым и особенно пчелам, привлекая их. Ученые из Университета Британской Колумбии обнаружили, что те же самые молекулы, которые создают ультрафиолетовые паттерны, помогают растению реагировать на стрессы, связанные с засухой и экстремальными температурами, сообщает Producer.com.

«Одна из целей нашего исследования — понять, как растения адаптируются к различным условиям окружающей среды», — сказал Марко Тодеско, научный сотрудник Исследовательского центра биоразнообразия на факультете ботаники университета. – «Мы смотрим на то, какие характеристики отличают популяции одного и того же вида, которые живут в разных средах, как эти характеристики помогают им выживать и каковы гены, которые контролируют эти различия».

Подсолнухи — идеальная модель для этого исследования. Будучи родным североамериканским растением, насчитывающим около 50 видов, подсолнухи растут по всему континенту в экстремальных условиях, включая пустыни, солончаки и песчаные дюны.

Кроме того, дикий подсолнечник тесно связан с культивируемым «собратом», основной масличной культурой, поэтому чем больше мы узнаем о выживании дикого подсолнечника в экстремальных условиях, тем более ценными будут эти знания при выращивании сельскохозяйственных сортов масличной культуры, чтобы стать более устойчивыми.

Несколько лет назад учеными была выращена большая популяция, свыше 1500 растений, из семян, собранных по всей Северной Америке, чтобы описать различия между этими растениями и определить ответственные за них гены.

Ученые обратили внимание на ультрафиолетовые цветочные узоры. Они были описаны ранее у подсолнухов и других растений и, как известно, играют важную роль в привлечении опылителей. Чего не ожидали исследователи, так это обнаружить такое огромное разнообразие в размерах этих ультрафиолетовых узоров — от лепестков, полностью поглощающих ультрафиолетовое излучение, до лепестков, почти полностью отражающих ультрафиолетовое излучение.

На самом деле «цветок» подсолнечника представляет собой соцветие, состоящее из десятков или сотен отдельных цветков, каждый из которых дает одно семя. Цветки во внешнем завитке имеют видоизмененные увеличенные лепестки, технически называемые язычками.

Исследование было сосредоточено на диком подсолнечнике Helianthus annuus, который более распространен и наиболее тесно связан с культивируемым подсолнечником. Они обнаружили, что генетика играет важную роль и является основным фактором, определяющим размер ультрафиолетовых узоров цветка.

«Тем не менее, есть некоторые признаки того, что факторы окружающей среды также могут сыграть определенную роль, но на данный момент мы не уверены, насколько велика эта роль, если таковая имеется», — говорит Марко Тодеско. — Существует множество различий в размере ультрафиолетового яблочка в разных популяциях H. annuus, но также существует множество различий в размере ультрафиолетового излучения между различными видами полевых цветов».

У подсолнухов, растущих в более сухом климате, цветы с большими ультрафиолетовыми яблочками, способные более эффективно удерживать воду. Исследовательская группа обнаружила, что один ген, HaMYB111, отвечает за большую часть разнообразия цветочных ультрафиолетовых узоров. Этот ген контролирует выработку поглощающих ультрафиолетовое излучение соединений флавонола, которые, как известно, помогают растениям выживать в условиях негативного воздействия окружающей среды.

«Флавонолы являются частью более широкого семейства химических соединений, производимых растениями, — флавоноидов», — пояснил Марко Тодеско.- «Они включают в себя множество пигментов в цветах и плодах и вырабатываются растением по целому ряду причин:  для защиты от холода, жары, радиации, а также от травоядных и патогенных микроорганизмов. Флавоноиды также важны для взаимодействия растения с животными, например, для привлечения к цветам и фруктам».

Более крупные цветочные УФ-узоры, содержащие больше этих соединений, могут помочь уменьшить количество испарения с подсолнечника в условиях с более низкой влажностью, предотвращая чрезмерную потерю воды. Во влажной, жаркой среде ультрафиолетовые лучи будут способствовать испарению, сохраняя прохладу, предотвращая перегрев.

Лепестки с большими УФ-узорами (с большим количеством флавонолов) теряют воду медленнее, чем лепестки с маленькими УФ-узорами (меньше флавонолов).

Вероятно, по мере того, как климат станет более сухим, подсолнечник с бОльшим количеством ультрафиолетовых лучей будет иметь преимущество. Ученые установили, что в среднем размер ультрафиолетовых узоров увеличился за последние 80 лет. Это может быть связано с ростом ультрафиолетового излучения из-за сокращения озонового слоя. Возможно, это является доказательством того, что климат на нашей планете становится более сухим.

Он сказал, что, хотя более высокие уровни ультрафиолетового излучения и другие характеристики могут помочь растениям справиться с более сухими условиями, существует предел тому, что адаптация может сделать в условиях быстрого изменения климата.

Хотя невидимые ультрафиолетовые паттерны не принимались во внимание при создании линий подсолнечника в прошлом, они явно оказывают влияние на важные признаки.

В дальнейшем исследовательская группа намерена более подробно охарактеризовать влияние различных ультрафиолетовых лучей на растения, особенно культивируемые подсолнухи. Ученые хотят оценить, как растения способны противостоять засухе или другим стрессам. Кроме того, необходимо выяснить, как молекулярные и генетические механизмы регулируют УФ-излучение и как флавонолы влияют на удержание воды. Также предстоит выяснить, какие гены отвечают за изменение ультрафиолетового излучения у других видов подсолнечника. 

Аgroxxi.ru

Метки: подсолнечник, засуха, наука