Помощь производителям в поиске сортов картофеля, которые более устойчивы к потенциальному нарушению роста, вызванному аномальной жарой, имеет решающее значение для обеспечения устойчивости и прибыльности производства картофеля в Канаде, которое в среднем составляет 4.5 миллиона тонн в год, сообщает портал Potatoes.news.
Признавая эту необходимость, д-р Сю-Цин Ли, научный сотрудник Министерства сельского хозяйства и агропродовольствия Канады (AAFC) из Центра исследований и разработок Фредериктона в Нью-Брансуике, в течение многих лет изучает тепловой стресс у картофеля. В 2018 году он вышел на новый уровень работы, объединив усилия с командой ученых Университета Нью-Брансуика и рядом международных сотрудников, чтобы изучить реакцию 55 различных сортов картофеля на тепловой стресс, что стало первым крупномасштабным исследованием такого рода.
У большинства изученных сортов тепловой стресс уменьшал размер листьев, но увеличивал ботву и высоту растений, при этом сильно снижая количество и массу клубней. Это исследование также определило, какие сорта были наиболее устойчивыми к жаре: Eramosa, Chieftain, AC Belmont и Superior.
Идентификация этих сортов была важным первым шагом, но даже этот картофель не особенно хорошо себя чувствовал в жару, поэтому было ясно, что необходимы дополнительные исследования. В 2020 году доктор Ли совместно с коллегой из AAFC доктором Бенуа Бизимунгу и учеными Королевского университета провели научную работу, результаты которой впоследствии были отмечены премией Американского журнала исследований картофеля.
В их публикации «Влияние скороспелости на устойчивость к тепловому стрессу пятидесяти сортов картофеля» подчеркивалось, что сорта картофеля, известные своим ранним созреванием в поле, росли с той же скоростью, что и более поздние, когда они подвергались тепловому стрессу в теплицах, т.е. жара фактически замедляла процесс их созревания.
Исследование, проведенное доктором Ли и его коллегами, стремилось определить конкретные гены картофеля, которые могли бы помочь объяснить, почему это так, и механизмы, определяющие, будет ли сорт картофеля созревать рано или поздно.
Тепловой стресс заставляет картофель реагировать, изменяя время, необходимое для его созревания, а более высокая температура фактически замедляет его рост.
Вслед за этим отмеченным наградами исследованием д-р Ли запустил и возглавил новый исследовательский проект, чтобы узнать еще больше и глубже погрузиться в геномные механизмы реакции картофеля на тепловой стресс. В 2020 году он определил гены, которые регулируют прорастание, вызванное жарой.
Картофель, выращенный в жаркое и засушливое лето, часто имеет дефект, называемый «предуборочными проростками» или «тепловыми проростками», который может изменять химический состав клубней и снижать общее качество и товарность картофеля.
В этом исследовании было использовано 18 различных сортов, чтобы выяснить, являются ли причиной проблемных ростков только условия теплового стресса. Проект подтвердил, что виновником действительно была только жара, и что естественная скороспелость или запоздалость рассматриваемого сорта не имела никакого отношения к тому, развивались ли у него всходы в условиях стресса.
Чтобы прийти к такому выводу, исследователи, работающие с доктором Ли, изучили транскриптомные реакции картофеля, подвергшегося тепловому стрессу. Транскриптомные исследования включают в себя изучение генов, сетей взаимодействия генов и особенностей мРНК клетки, чтобы увидеть, как они ведут себя при столкновении с факторами окружающей среды или болезнями, обеспечивая очень глубокий и подробный взгляд на поведение и функции клеток.
Исследование показало, что гены, связанные с состоянием покоя, снижают активность у картофеля, подвергающегося тепловому стрессу, точно так же, как и у картофеля, у которого после сбора урожая появляются тепловые ростки, что указывает на то, что метаболизм растительных гормонов играет ключевую роль в прорастании. Эта информация окажется полезной, когда речь идет о генетическом улучшении сортов картофеля для обеспечения устойчивости к прорастанию в условиях высокой температуры.
«То, что мы обнаружили, поможет фермерам и переработчикам принимать оптимальные решения о том, как хранить и перерабатывать картофель, подвергшийся тепловому стрессу, — говорит Сю-Цин Ли. — Это вызов, с которым сталкиваются производители по всему миру, и было очень приятно иметь возможность внести свой вклад в наше понимание проблемы и дать рекомендации, основанные на фактических данных». Исследование дало важные сведения о выборе сортов картофеля для выращивания, о том, как наилучшим образом спланировать хранение и использование картофеля, подверженного тепловому стрессу, а также знания, которые помогут в выведении устойчивых к жаре сортов в будущем.
Поскольку изменение климата грозит еще более жаркой и неустойчивой погодой, д-р Ли предлагает провести дополнительную оценку сортов в условиях жаркого лета и продолжить разработку комплексных стратегий по снижению риска теплового стресса.
Это исследование является бесценным вкладом в дело снижения риска производства картофеля в Канаде и во всем мире.
