Учёные пересмотрели результаты знакового исследования десятилетней давности и обнаружили более 100 новых генов-кандидатов, которые помогают растениям выживать при затоплении. Повторный анализ данных об устойчивости модельного растения резуховидки Таля (Arabidopsis thaliana) к недостатку кислорода под водой позволил не только выявить новые гены, но и подтвердить большинство ранее сделанных находок. Результаты открывают новые перспективы для селекции более устойчивых к наводнениям сельскохозяйственных культур.
В оригинальном исследовании учёные измеряли, как долго разные экотипы резуховидки выживают под водой в полной темноте. Авторы новой работы оцифровали эти данные и сопоставили их с современными, гораздо более полными геномными базами. Такой подход позволил найти 15 из 20 генетических маркеров, указанных в первоначальной статье, и дополнительно выявить 395 маркеров, связанных со 119 генами-кандидатами.
Ключевым открытием стало обнаружение десяти генов, которые влияли сразу на два разных показателя выживаемости. В исходном исследовании такого пересечения найти не удалось. По расчётам учёных, вероятность случайного совпадения настолько мала, что эти гены почти наверняка играют центральную роль в реакции растения на затопление. Среди них – факторы, связанные с гормоном этиленом, который помогает растению «почувствовать» подъём воды, а также гены, отвечающие за координацию синтеза белка и расхода энергии в условиях дефицита кислорода.
Исследование также указало на несколько других важных механизмов выживания. Растения при затоплении перестраивают клеточные стенки, активируют защитные реакции для борьбы с окислительным стрессом после возвращения кислорода и экономят энергию, регулируя синтез белка. Кроме того, впервые была установлена вероятная связь с метаболизмом нуклеотидов – этот аспект устойчивости к гипоксии у растений ранее практически не изучался, хотя он важен для животных.
Чтобы подтвердить значимость находок, исследователи проверили, как меняется активность выявленных генов при затоплении не только у резуховидки, но и у другого модельного растения – мятлика (Brachypodium distachyon). Оказалось, что активность значительной части генов-кандидатов действительно меняется в условиях стресса у обоих видов. Шесть генов продемонстрировали одинаковую реакцию, что может указывать на существование общего для многих растений фундаментального механизма устойчивости к затоплению.
Авторы отмечают, что полученные результаты – это отправная точка для дальнейших экспериментов, которые должны подтвердить функции найденных генов. Тем не менее работа демонстрирует, как пересмотр старых открытых данных с помощью современных инструментов помогает в биологии. Расширенный список генов даёт селекционерам больше потенциальных мишеней для выведения сортов, способных переносить избыток влаги, что становится всё более актуальным из-за изменения климата.