Mivel az éghajlatváltozás várhatóan gyakoribb aszályos időszakokhoz vezet, a kutatók egyre inkább azon dolgoznak, hogy olyan felfedezéseket tegyenek, amelyek segíthetnek a növényeknek alkalmazkodni a hosszan tartó vízhiányhoz.
A Boyce Thompson Intézet és a Cornell Egyetem kutatói befejezték az első tanulmányt, amely átfogó képet ad a génexpressziós változásokról a vízstressz hatására egy gyümölcsben – a paradicsomban, a Solanum lycopersicumban –, azonosítva azokat a géneket, amelyek segíthetik a növénynemesítőket olyan gyümölcsök kifejlesztésében, amelyek képesek megbirkózni aszályos körülmények.
decemberi számában jelent meg Növényi élettan, a munkát Carmen Catalá, a BTI adjunktusa és a Cornell-i Integratív Növénytudományi Iskola (SIPS) tudományos főmunkatársa kutatócsoportja vezette. Az együttműködő kutatók közé tartozik Jocelyn Rose, a SIPS professzora, valamint Jim Giovannoni, Zhangjun Fei és Lukas Mueller BTI professzorok, akik szintén a SIPS adjunktusai.
"Számos gént azonosítottunk, amelyek részt vesznek a vízstressz reakcióban a paradicsom gyümölcsében" - mondta Catalá. „Most már elkezdhetjük kiválasztani azokat a jelölt géneket, amelyek segíthetik a nemesítőket olyan gyümölcsök kifejlesztésében, amelyek alkalmazkodni tudnak az aszályos körülményekhez, és nem csak a paradicsomot, hanem általában a szőlőt, almát és általában húsos gyümölcsöket is. Ez ezeknek az adatoknak a hosszú távú lehetséges alkalmazása.”
A kutatók a génexpressziót vizsgálták paradicsomlevélben és hat termésszervben (pericarp, placenta, septum, columella, zselé és magvak) két különböző időpontban (növekvő és érett gyümölcs) és négy különböző vízstressz körülmény között (nincs, enyhe, közepes és erős).
A kutatók azt találták, hogy az egyes gyümölcsszervek szövetei egyedi módon változtak az idők során.
"A vízstressz által érintett expresszált gének kevesebb mint 1%-a oszlott meg mind a hat gyümölcsszövet között, és az érintett gének több mint 50%-a volt specifikus egyetlen szövetre" - mondta Catala.
Az aszály negatív hatásaival szemben, amelyek élettani rendellenességeket és gyümölcsvesztést váltanak ki, az aszálynak vannak pozitív hatásai – legalábbis az enyhe szárazság esetében.
A kutatók például azt találták, hogy a vízstressz növeli a likopin mennyiségét az érett gyümölcsben. A likopin egy antioxidáns, amely dokumentált egészségügyi előnyökkel jár. A vízterhelésnek kitett gyümölcsben magasabb volt a keményítő bioszintézise is, ami édesebb paradicsomot eredményezhetett.
A kutatók azt is megállapították, hogy „megtaníthatják” a paradicsomot, hogy ellenállóbbá váljanak a jövőbeli vízi aszályokkal szemben.
„Amikor elvetettük a kezelt növények magjait, azt tapasztaltuk, hogy a stresszhelyzetben lévő paradicsom palántái jobban felépültek a vízstresszből, mint a kontrollparadicsomokból származó palánták” – mondta Philippe Nicolas, a Catalá laboratóriumának posztdoktori tudósa és a cikk első szerzője.
Nicolas elmondta, hogy számos olyan gént azonosítottak, amelyek expresszióját a kifejlett magvakban lévő vízstressz indukálja, és amelyek fontos szerepet játszhatnak a következő generációs növények vízstressz-tűrésének biztosításában.
A tanulmány több szempontból is kihívást jelentett, mert a kutatók gyümölcsöt vizsgáltak. A növények szárazságstresszre adott válaszait vizsgáló legtöbb tanulmány a palánták gyökereit és leveleit vizsgálja, mivel ezek viszonylag könnyen tanulmányozhatók.
„Viszonylag könnyű stresszelni a palántákat, de ha túlságosan stresszeli a növényeket, akkor nem fognak virágozni, és nem teremnek gyümölcsök” – mondta Catalá. "Emellett, ha gyümölcsöt akarsz tanulmányozni, felnőtt növényeket kell nevelned, ami több időt, helyet és összességében több erőforrást igényel."