Нелегко выживать в безжизненной пустыне Атакама в Чили – в суровом и враждебном ко всему живому месте, известном как самая сухая пустыня за пределами полярных областей.
И тем не менее, несмотря ни на что, жизнь каким-то образом сохраняет себя на этих бесплодных пустошах, и эта история насчитывает тысячи лет.
Установить механизмы, обеспечивающие эти почти невероятные успехи – задача, которая сегодня, наверное, важнее, чем когда-либо прежде, поскольку это может раскрыть секреты выращивания продовольственных культур в мире, который с каждым годом становится всё жарче и суше.
В ходе проведённого недавно исследования ученые обнаружили некоторые из этих скрытых уловок, обнаружив генетические основы ряда адаптаций, которые позволяют растительной жизни процветать даже в иссушающих и экстремальных условиях пустыни Атакама. «В эпоху ускоренного изменения климата крайне важно раскрыть генетическую основу для повышения урожайности и устойчивости сельскохозяйственных культур в условиях засухи и на бедных питательными веществами почвах», — говорит исследователь биологии растений Глория Коруцци из Нью-Йоркского университета.
В течение 10 лет Коруцци и международная группа исследователей изучали растительный мир Атакамы в 22 точках пустынного ландшафта, исследуя растения как в ареале их обитания, так и за его пределами — переправляя в лабораторию образцы растений и почвы, замороженные в жидком азоте, чтобы сохранить их для последующего геномного анализа.
В общей сложности для 32 из доминантных растений в пустыне было произведено секвенирование транскриптомов, которые затем сравнили с 32 близкородственными видами из других мест, ни один из которых не отличался генетической адаптацией к окружающей среде Атакамы. «Цель состояла в том, чтобы использовать это эволюционное древо, основанное на последовательностях генома, для выявления изменений в последовательностях аминокислот, закодированных в генах, поддерживающих эволюцию адаптации растений Атакамы к условиям пустыни», — говорит Коруцци.
Методика сравнения — пример так называемой филогеномики — дала 265 положительно отобранных генов, предполагая, что они коррелировали с мутациями, которые могут дать преимущества в пустыне Атакама.
Дальнейший анализ показал, что 59 из этих генов также обнаруживаются в одном из наиболее изученных модельных организмов в биологии растений, арабидопсисе, в котором они связаны с физиологическими и молекулярными процессами, которые могут повысить устойчивость растений в экстремальных условиях окружающей среды, говорят исследователи.
Другими словами, уже известно, что эти гены — которые положительно отобраны у растений пустыни Атакама — позволяют арабидопсису выдерживать высокий радиационный и температурный стресс, регулировать развитие цветков и время цветения, помогают защищаться от патогенов и способствуют поглощению воды и питательных веществ.
Судя по всему, это что-то вроде набора инструментов эволюции, предназначенных для выживания растений в одной из самых неблагоприятных сред на Земле, а хорошая новость в том, что кое-что из этой генетики можно найти и в продовольственных культурах – а это означает, что мы можем лучше понять, где и какие культуры лучше выращивать в условиях потепления, а также как лучше производить их селекцию, адаптировать и обеспечивать соответствие условиям, которые будут складываться в будущем.
Работа «имеет непосредственное отношение к регионам мира, которые становятся все более засушливыми, с такими факторами, как засухи, экстремальные температуры, а также засоленность воды и почвы, что представляет значительную угрозу для глобального производства продуктов питания», — говорит один из авторов исследования, биолог Родриго. Гутьеррес из Католического университета Чили.
«Поскольку некоторые растения Атакамы близкие родственники основных сельскохозяйственных культур, в том числе зерновых, бобовых и картофеля, выявленные нами гены-кандидаты представляют собой «генетическую золотую жилу» для создания более устойчивых культур, что является насущной потребностью, учитывая растущее опустынивание нашей планеты».