Жаркая погода ослабляет иммунную систему растений

Резюме

Исследователи обнаружили, что растения становятся более восприимчивыми к болезням при более высоких температурах из-за снижения базального иммунитета, но они разработали генетическое решение для восстановления способности растения защищаться от патогенов в жаркую погоду. Исследование было сосредоточено на Arabidopsis thaliana, распространенном сорняке, используемом в экспериментах, и обнаружило, что, обойдя ген, который подавляет выработку гормона салициловой кислоты в растениях при повышенных температурах, можно восстановить защитный механизм растения.

Ученые давно пытаются понять, почему растения становятся более уязвимыми для болезней при повышении температуры.

Пока соответствующие исследования продолжаются, группа исследователей из университетов по всему миру искала способы восстановить способность растений защищаться от патогенов в жаркую погоду.

Растения заражаются гораздо чаще при теплых температурах, потому что уровень их базального иммунитета снижается», — сказал Шэн-Ян Хэ, биолог растений из Университета Дьюка, возглавлявший исследовательскую группу. Итак, мы хотели узнать, как растения чувствуют тепло? И можем ли мы на самом деле исправить это, чтобы сделать растения термоустойчивыми?»

The проведенное исследование, опубликованный в журнале Nature, был посвящен Arabidopsis thaliana, непритязательному сорняку, широко известному как кресс-салат, который считается самым "лабораторная крыса растений» биологами растений. Arabidopsis thaliana процветает на обочинах дорог, открытых дорожках и пустырях и используется в экспериментах по всему миру из-за его короткого жизненного цикла и короткого и легко модифицируемого генома.

Ученые заявили, что основным защитным гормоном Arabidopsis thaliana является салициловая кислота, которая используется многими растениями, в том числе основными сельскохозяйственными культурами, для защиты от болезней. Однако выработка салициловой кислоты может быть нарушена при повышении температуры на несколько градусов.

Экстремальные погодные условия связана с изменение климата влияют на многие аспекты жизни растений и животных, включая реакцию на инфекционные заболевания», — пишут исследователи. Производство салициловой кислоты, центрального гормона защиты растений, особенно уязвимо для подавления короткими периодами жаркой погоды выше нормального диапазона температур роста растений с помощью неизвестного механизма».

После многих лет работы в лаборатории исследователи выделили ген CBP60g, который может сдерживать выработку гормона салициловой кислоты в растениях при повышении температуры, нейтрализуя их защитный механизм. Решение генетически обошло ген, чтобы восстановить защиту растения при более высоких температурах.

Это была многолетняя и многопрофильная работа», — сказал Кристиан Данве Кастроверде, биолог из Университета Уилфрида Лорье в Канаде и соавтор исследования. Olive Oil Times.

В 2013 году [мы] обнаружили, что короткие периоды высокой температуры резко влияют на гормональную защиту растений арабидопсиса от заражения бактерией под названием Pseudomonas syringae», — добавил он. Спустя еще несколько лет нам в конечном итоге удалось определить молекулярную основу того, как иммунитет арабидопсиса подавляется теплыми температурными условиями».

Исследователи обошли ген в лаборатории, добавив "промоутер.' Короткая последовательность ДНК заставляет ген транскрибироваться (копировать последовательность ДНК в молекулу РНК), восстанавливая способность Arabidopsis thaliana производить гормон салициловой кислоты.

Включая рецептор салициловой кислоты и гены биосинтеза, оптимизированной экспрессии CBP60g было достаточно, чтобы в целом восстановить выработку салициловой кислоты, базальный иммунитет и иммунитет, запускаемый эффекторами, при повышенной температуре роста без значительных компромиссов роста», — пишут исследователи.

Команда начала тестировать генную модификацию на пищевых культурах, таких как рапс. Они также планируют экспериментировать с другими культурами, включая пшеницу и картофель. Тем не менее, Кастроверде сказал, что требуется значительный объем полевых исследований, прежде чем применять исправление в больших масштабах.

Многие растения имеют CBP60g-подобные гены, и многие из них способны вырабатывать салициловую кислоту», — сказал он. Похоже, в арсенале растений уже есть оружие. Наша задача сейчас — просто использовать эту силу. Что касается применения в сельском хозяйстве, я считаю, что нам нужно подождать, пока мы не получим успешные результаты в полевых испытаниях».

Тем не менее, конкретное решение, предложенное исследовательской группой для восстановления иммунной системы растений, предполагает, что потребители готовы принять больше генетических манипуляций со своей пищей.

As изменение климата ускоряется, мы будем вынуждены изучать вещи в лаборатории и быстрее внедрять их в полевые условия», — сказал Марк Нисимура, эксперт по иммунитету растений из Университета штата Колорадо, который не участвовал в исследовании. Я не вижу, как мы собираемся сделать это без большего признания генетически модифицированных растений».

Еще один продукт проведенное исследование опубликованное исследователями из Китайского университета Гонконга в июне, предупредило, что урожайность сельскохозяйственных культур может снизиться на 20 процентов во всем мире к 2050 году из-за загрязнения озоном и последствий изменения климата.

Несмотря на успех в восстановлении защиты Arabidopsis thaliana от жары, исследователи подчеркнули тот факт, что пробел в понимании того, как потепление климата влияет на эффективность иммунной системы растений, велик. ключевая проблема для будущей продуктивности сельского хозяйства, сохранения экосистем и возникновения новых пандемий болезней растений».

Однако они добавили, что их результаты указывают на то, что в будущем культуры станут более устойчивыми.

Мы смогли сделать всю иммунную систему растений более устойчивой при высоких температурах», — сказал Хе, биолог растений из Дьюка. Если это верно и для сельскохозяйственных культур, это действительно большое дело, потому что тогда у нас есть очень мощное оружие».

• Проводная
• Земля