Унікальний амарант, що живе в Долині Смерті, може допомогти у виведенні ГМ-рослин, що дають урожай навіть в екстремальну спеку.
Tidestromia oblongifolia / ©Michelle Cloud-Hughes, Calflora
Фотосинтез включає складний ланцюжок реакцій, які каталізує цілий набір ферментів. Їх температурний оптимум знаходиться трохи вище 20 градусів Цельсія. При нагріванні більше 35 градусів рослини змушені запускати спеціальні механізми захисту, а якщо температура перевищує 40, білки починають денатурувати, втрачаючи форму і функціональність.
Однак амарантовий чагарник Tidestromia oblongifolia, що росте в каліфорнійській Долині Смерті — одному з найгарячіших місць на Землі, – спокійно живе і фотосинтезує навіть при 50 градусах Цельсія. Механізми його температурної стійкості досліджували біологи з Мічиганського університету, стаття яких представлена в бібліотеці препринтів bioRxiv.
Сун Лі (Seung Rhee) та її колеги вирощували T. oblongifolia в лабораторії як при помірній температурі, так і в умовах, що імітують страшну спеку Долини Смерті. Паралельно вони ростили споріднений, але не настільки жаростійкий мексиканський амарант A. hypochondriacus. Екстремальних умов той дійсно не витримав і через кілька днів припинив ріст. А ось Каліфорнійська T. oblongifolia, незважаючи на температури вище 40 градусів, за десять днів збільшила свою масу втричі. Фотосинтез не зупинявся і при 50 градусах, вище яких вчені не змогли піднятися через обмеження експериментальної установки.
Далі біологи порівняли фізіологію T. oblongifolia при зростанні в помірних і екстремальних умовах. Виявилося, на спеці клітини в листі зменшуються, так що хлоропласти (органели, в яких відбувається фотосинтез) групуються щільніше і тісніше зближуються з мітохондріями (органелами, які постачають їм енергію) — все це скорочує «логістику», необхідну для хімічного обороту речовин, що беруть участь у фотосинтезі. Крім того, хлоропласти деформуються і замість звичайної дископодібної форми стають увігнутими, як чаша. Мабуть, це дозволяє їм краще утримувати летючий вуглекислий газ, щоб використовувати його у фотосинтезі, виробляючи цукор.
Аналіз ДНК вказав на тисячі генів, активність яких змінюється в залежності від температури середовища. Порівнюючи їх з даними для інших рослин, автори визначили цілий набір генів, здатних допомогти T. oblongifolia підтримувати фотосинтез у спеку, захищати від теплового стресу та відновлювати пошкодження, пов’язані з перегрівом.
Тепер біологи збираються детальніше розібратися в цих генах і виділити найважливіші для температурної стійкості. Вони вважають, що ця робота вкрай важлива на тлі триваючого глобального потепління. З’ясувавши механізми, які допомагають T. oblongifolia витримувати екстремальні умови, їх можна буде використовувати для створення ГМ-рослин, здатних давати врожай при найсерйознішій спеці.