В то время как другие исследователи идентифицировали гены, участвующие в производстве первых зеленых листьев весной, открытие главного регулятора у тополей (виды Populus) может в конечном итоге привести к селекции растений, которые лучше приспособлены к более теплому климату.Результаты исследования, начатого более десяти лет назад в Университете штата Орегон, были опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences учеными из Технологического университета Мичигана и штата Орегон.
«Никто никогда не выделял ген, контролирующий это время, у дикого растения, за исключением Arabidopsis, небольшого цветущего растения, связанного с горчицей и капустой», — сказал Стив Штраус, соавтор и выдающийся профессор лесной биотехнологии в OSU. «Это первый раз, когда был идентифицирован ген, контролирующий время распускания почек на деревьях».Сроки годовых циклов — когда деревья раскрывают листья, когда они производят цветы, когда они уходят в спячку — помогают деревьям адаптироваться к изменениям в сигналах окружающей среды, например, связанных с климатом, но генетика должна не отставать, сказал Штраус.В то время как деревья обладают генетическим разнообразием, позволяющим адаптироваться к текущим условиям, климатические модели предполагают, что режимы температуры и осадков во многих частях мира могут подвергнуть деревья более стрессовым условиям в будущем. Эксперты предположили, что некоторые виды деревьев могут не справиться с этими изменениями достаточно быстро, будь то адаптация или миграция.
В результате здоровье леса может ухудшиться, деревья могут исчезнуть с мест, где они в настоящее время находятся, а некоторые виды могут даже исчезнуть.«Например, появятся ли здоровые и широко распространенные популяции пихты Дугласа в Орегоне через сто лет?» — сказал Штраус. «Это зависит от естественного разнообразия, которое у нас есть, и от того, насколько сильно меняется окружающая среда.
Будет ли вокруг достаточно генетического разнообразия для развития популяций, которые смогут справиться с гораздо более теплым и, вероятно, более сухим климатом? Мы просто не знаем».
Штраус назвал подтверждение гена распускания почек — который ученые для краткости назвали EBB1 — «первым шагом» в развитии способности создавать адаптируемость деревьев в будущем.«Обладая этими знаниями, вы сможете вносить изменения, когда они могут стать срочными», — сказал он.Йордан Йорданов и Виктор Бусов из Michigan Tech работали с Кэтлин Ма и Штраус из штата Орегон, чтобы проследить функцию EBB1 в почках и других тканях растений, ответственных за появление первых зеленых побегов весны.
Они разработали модифицированные деревья, которые перепроизводили гены EBB1 и вышли из состояния покоя в начале года. Они также показали, что деревья с меньшей активностью EBB1 выходят из состояния покоя позже.
«Отсутствие EBB1 во время покоя позволяет дереву продвигаться через физиологические, связанные с развитием и адаптационные изменения, ведущие к покою, — сказал Бусов, — в то время как экспрессия EBB1 в определенных клеточных слоях до распада почек позволяет реактивировать рост клеток. которые развиваются в побеги и листья, и снова вступают в фазу активного роста дерева ».Исследование началось, когда Штраус заметил, что в ходе экспериментальных полевых испытаний в штате Орегон деревья тополя выросли раньше других. Однажды апрельским утром он обнаружил, что четыре саженца дерева на испытательном участке площадью 2,5 акра пустили листья, по крайней мере, на неделю раньше, чем все остальные деревья.
Штраус и Бусов, бывший научный сотрудник в штате Орегон, возглавляли работу по выявлению ответственных генов.Они обнаружили, что EBB1 кодирует белок, который помогает возобновить деление клеток в части дерева, известной как меристема, которая аналогична стволовым клеткам у животных. EBB1 также играет роль в подавлении генов, которые подготавливают деревья к осеннему покою, и в других процессах, таких как круговорот питательных веществ и рост корней, которые имеют решающее значение для выживания.
В общей сложности они обнаружили около 1000 других генов тополя, на активность которых влияет EBB1.По словам Штрауса, маловероятно, что селекционеры воспользуются этим открытием в ближайшее время.
Селекционеры склонны полагаться на большие кластеры генов, которые связаны с определенными чертами, такими как выносливость, форма дерева или цветение. Однако по мере того, как будет идентифицировано больше генов этого типа, появится возможность разводить или создавать деревья, адаптированные к экстремальным условиям.