Odkrycia w genetyce roślin ujawniają, w jaki sposób produkcja DMSP może wspomagać wzrost roślin w stresujących warunkach, co sugeruje potencjał w zakresie upraw odpornych na suszę i sól.
Nowe badania prowadzone pod kierunkiem Uniwersytetu Anglii Wschodniej (UEA) po raz pierwszy identyfikują geny, które pomagają roślinom rosnąć w stresujących warunkach, otwierając nowe możliwości rozwoju zrównoważonych upraw spożywczych w obliczu globalnej zmiany klimatu.
Wyniki badań i implikacje dla rolnictwa
Badanie, opublikowane niedawno w Komunikacja przyrodniczaujawnia geny umożliwiające roślinom wytwarzanie nowej cząsteczki antystresowej zwanej dimetylosulfoniopropionianem (DMSP). Pokazuje, że większość roślin wytwarza DMSP, ale produkcja DMSP na wysokim poziomie pozwala roślinom rosnąć na wybrzeżu, na przykład w słonych warunkach.
Ponadto badania pokazują, że rośliny można uprawiać w innych stresujących warunkach, takich jak susza, gdy uzupełnia się je DMSP lub tworzy się rośliny wytwarzające własny DMSP. Takie podejście może być szczególnie korzystne na glebach ubogich w azot w celu poprawy produktywności rolnictwa.
Jest to pierwsze badanie opisujące geny wykorzystywane przez rośliny do produkcji DMSP, określające, dlaczego rośliny wytwarzają tę cząsteczkę i odkrywające, że DMSP można wykorzystać do poprawy tolerancji roślin na stres.
Spostrzeżenia kluczowych badaczy
„Co ciekawe, nasze badanie pokazuje, że większość roślin wytwarza związek antystresowy DMSP, ale trawa słona Spartana jest wyjątkowy ze względu na wysoki poziom, jaki gromadzi. Jest to ważne, ponieważ Spartana słone bagna to globalne gorące punkty produkcji DMSP i wytwarzania chłodzącego klimat gazowego siarczku dimetylu w wyniku działania drobnoustrojów rozkładających DMSP” – powiedział profesor Jon Todd z Wydziału Nauk Biologicznych UEA.
Główny autor dr Ben Miller, również ze Szkoły Nauk Biologicznych UEA, dodał: „To odkrycie zapewnia podstawową wiedzę na temat tego, jak rośliny tolerują stres i oferuje obiecujące możliwości poprawy tolerancji upraw na zasolenie i suszę, co jest ważne dla poprawy zrównoważonego rolnictwa w obliczu globalnych zmian klimatycznych.”
W skład zespołu badawczego weszli naukowcy z Wydziału Nauk Biologicznych UEA, Szkoły Chemii, Farmacji i Farmakologii oraz Chińskiego Uniwersytetu Oceanicznego.
Badanie porównawcze i szerszy wpływ
Zespół studiował A gatunek z trawy słonowodnej – Sparta angielska – która wytwarza wysoki poziom DMSP i porównała swoje geny z genami innych roślin, które wytwarzają tę cząsteczkę, choć głównie w niskich stężeniach.
Wiele z tych gatunków akumulujących niski poziom DMSP to rośliny uprawne zajmujące duże obszary w Wielkiej Brytanii, takie jak jęczmień i pszenica.
Naukowcy zidentyfikowali trzy enzymy zaangażowane w produkcję wysokiego poziomu DMSP w Sparta angielska.
DMSP odgrywa kluczową rolę w ochronie przed stresem i jest integralną częścią globalnego obiegu węgla i siarki, a także produkcji gazów aktywnych dla klimatu.
Ekosystemy słonych bagien, szczególnie te zdominowane przez Cordgrasy Spartinysą gorącymi miejscami do produkcji DMSP, ponieważ rośliny te są w stanie syntetyzować niezwykle wysokie stężenia związku.
Odniesienie: „Wyjaśnienie genów syntezy dimetylosulfoniopropionianu Spartina umożliwia inżynierię roślin odpornych na stres” autorstwa: Rocky D. Payet, Lorelei J. Bilham, Shah Md Tamim Kabir, Serena Monaco, Ash R. Norcott, Mellieha GE Allen, Xiao-Yu Zhu, Anthony J. Davy, Charles A. Brearley, Jonathan D. Todd i J. Benjamin Miller, 9 października 2024 r., Komunikacja przyrodnicza.
DOI: 10.1038/s41467-024-51758-z
Badania zostały sfinansowane przez Radę ds. Badań nad Środowiskiem Naturalnym (NERC) oraz Radę ds. Badań nad Biotechnologią i Naukami Biologicznymi (BBSRC).
