Vzhledem k tomu, že se očekává, že změna klimatu povede k častějším obdobím sucha, vědci stále více pracují na objevech, které mohou pomoci rostlinám přizpůsobit se dlouhodobému vodnímu stresu.
Výzkumníci z Boyce Thompson Institute a Cornell University dokončili první studii, která poskytuje komplexní obraz změn genové exprese v reakci na vodní stres v ovoci – rajčeti, Solanum lycopersicum – identifikující geny, které by mohly pomoci šlechtitelům rostlin vyvinout ovoce, které si poradí s podmínky sucha.
Zveřejněno v prosincovém čísle Fyziologie rostlin, práci vedl výzkumný tým Carmen Catalá, odborné asistentky na BTI a Senior Research Associate na School of Integrative Plant Science (SIPS) v Cornell. Mezi spolupracující výzkumníky patří Jocelyn Rose, profesorka v SIPS, a profesoři BTI Jim Giovannoni, Zhangjun Fei a Lukas Mueller, kteří jsou také mimořádnými profesory v SIPS.
"Identifikovali jsme řadu genů, které se podílejí na reakci na vodní stres v plodech rajčat," řekla Catalá. „Nyní můžeme začít vybírat kandidátské geny, které by mohly pomoci šlechtitelům vyvinout ovoce, které se dokáže přizpůsobit podmínkám sucha, a to nejen rajčata, ale také hrozny, jablka a masité ovoce obecně. To je dlouhodobá potenciální aplikace těchto dat.“
Vědci sledovali genovou expresi v listech rajčat a šesti ovocných orgánech (oplodí, placenta, přepážka, kolumela, želé a semena) ve dvou různých časových bodech (pěstování a zralé ovoce) a za čtyř různých podmínek vodního stresu (žádný, mírný, střední a silný).
Vědci zjistili, že každá z tkání ovocných orgánů se v průběhu času měnila jedinečným způsobem.
„Méně než 1 % exprimovaných genů, které byly ovlivněny vodním stresem, bylo sdíleno mezi všemi šesti ovocnými tkáněmi a více než 50 % postižených genů bylo specifických pro jedinou tkáň,“ řekl Catala.
Na rozdíl od negativních vlivů sucha, které spouští fyziologické poruchy a ztrátu plodů, jsou se suchem spojeny některé pozitivní vlivy – alespoň s mírným suchem.
Vědci například zjistili, že vodní stres zvyšuje množství lykopenu ve zralém ovoci. Lykopen je antioxidant, který má zdokumentované zdravotní přínosy. Ovoce namáhané vodou také mělo vyšší úroveň biosyntézy škrobu, což mohlo přinést sladší rajčata.
Vědci také zjistili, že by mohli „vycvičit“ rajčata, aby byla odolnější vůči budoucím vodním suchům.
"Když jsme zaseli semena z ošetřených rostlin, zjistili jsme, že sazenice z rajčat vystavených stresu vykazovaly lepší zotavení z vodního stresu ve srovnání se sazenicemi z kontrolních rajčat," řekl Philippe Nicolas, postdoktorand v laboratoři Catalá a první autor článku.
Nicolas řekl, že identifikovali několik genů, jejichž exprese je indukována vodním stresem ve zralých semenech, což by mohlo hrát důležitou roli při udělování tolerance vůči vodnímu stresu další generaci rostlin.
Studie byla náročná v několika ohledech, protože vědci sledovali ovoce. Většina studií reakcí rostlin na stres ze sucha zkoumá kořeny a listy sazenic, protože je relativně snadné je studovat.
"Je poměrně snadné sazenice stresovat, ale pokud rostliny příliš stresujete, nebudou kvést a nevyvinou plody," řekla Catalá. "Navíc, když chcete studovat ovoce, musíte pěstovat dospělé rostliny, což vyžaduje více času, prostoru a celkových zdrojů."