Исследователи из Университета Хиросимы приблизились к выявлению молекулярных процессов, лежащих в основе того, как наводнения лишают растения кислорода. Это поможет создать более выносливые к затоплению культуры, сообщает портал Phys.org.
По данным Всемирного банка, наводнения представляют собой глобальный риск, угрожающий жизни и имуществу миллиардов людей. Еще больше людей подвергаются риску голода в результате наводнений: вода может затопить посевы. Теперь исследователи приближаются к выявлению молекулярных процессов, лежащих в основе того, как наводнения лишают растения кислорода. Это поможет создать более выносливые культуры.
С помощью мета-анализа, который включает в себя повторный анализ данных других исследований в целом, команда из Высшей школы комплексных наук о жизни Университета Хиросимы обнаружила несколько общих генов и связанных с ними механизмов в рисе (Oryza sativa) и арабидопсисе (Arabidopsis thaliana). Ученые опубликовали результаты исследований в журнале Life.
«Гипоксия — это абиотический стресс для растений, часто вызываемый затоплением, — пояснил один из авторов исследования Кейта Тамура, имея в виду недостаток кислорода, вызванный перенасыщением. — Хотя ранее было проведено много исследований, мы полагали, что скрытые биологические механизмы могут быть обнаружены путем анализа нескольких исследований с помощью мета-анализа общедоступных данных».
Команда сосредоточилась на рисе и кресс-салате, поскольку генетика обоих видов ранее была тщательно изучена. По словам Тамуры, рис также считается одной из самых важных культур в мире, которая служит основным продуктом питания для более чем четырех миллиардов человек, по данным Консультативной группы международных сельскохозяйственных исследований, поэтому понимание того, как предотвратить реакцию растения на гипоксию, имеет решающее значение.
Исследователи идентифицировали 29 пар данных РНК-секвенирования для арабидопсиса и 26 пар для риса как в условиях нормального содержания кислорода, так и в условиях недостатка кислорода из доступных наборов данных. По словам профессора Хидемасы Боно, РНК-секвенирование включает в себя расшифровку генетических чертежей субъекта в определенный момент, что означает, что данные могут быть использованы для изучения того, какие гены вызвали какие изменения.
«Анализируя данные РНК-секвенирования, мы идентифицировали 40 и 19 генов с повышенной и пониженной регуляцией у обоих видов», — сказал Боно. «Среди них некоторые факторы транскрипции WRKY и циннамат-4-гидроксилаза, роль которых в реакции на гипоксию остается неизвестной, обычно повышали регуляцию как у арабидопсиса, так и у риса».
По данным Боно, это общее усиление регуляции означает, что эти молекулярные механизмы становятся более активными при недостатке кислорода, что указывает на их особую механистическую ответственность за то, как растения реагируют.
Боно и Тамура сравнили свои результаты с аналогичным мета-анализом гипоксии в человеческих клетках и образцах тканей. Они обнаружили, что два из обычно активируемых генов в рисе и арабидопсисе были подавлены у их человеческих аналогов.
«Наш метаанализ предполагает различные молекулярные механизмы при гипоксии у растений и животных, — сказал Боно. — Ожидается, что гены-кандидаты, идентифицированные в этом исследовании, прольют свет на новые молекулярные механизмы реакции растений на гипоксию. В конечном счете, мы планируем манипулировать одним из генов-кандидатов с помощью технологии редактирования генома, чтобы создать растения, устойчивые к наводнениям».
