Как выжить растениям в условиях засухи?

И всё же дело продвигается с трудом. Оказалось, что повысить, скажем, сопротивляемость растения насекомым-вредителям гораздо проще, чем укрепить его засухоустойчивость – несмотря на то, что все предпосылки для этого налицо. Профессор Томас Альтман (Thomas Altmann), научный сотрудник Института молекулярной физиологии растений имени Макса Планка в Гольме близ Потсдама, поясняет:

"Совершенно очевидный аспект здесь состоит в том, что практически любое растение способно выдержать самую страшную засуху. Ведь любое растение даёт семена, которые высыхают и могут в таком состоянии пребывать долго, а если их увлажнить, они набухают и прорастают. Значит, в принципе все растения имеют набор генов, помогающих преодолевать засушливые периоды. Всё дело в регуляции: когда и где активируются гены, реализующие эти защитные свойства".

Главный модельный организм - резушка Таля

Для профессора Альтмана, как и для большинства других исследователей, специализирующихся на генетике растений, главным модельным организмом является резушка Таля (Arabidopsis thaliana). Среди учёных этот небольшой вездесущий сорняк знаменит ничуть не меньше, чем плодовая муха Drosophila melanogaster или червячок Caenorhabditis elegans. С резушкой Таля работает и Казуо Шинозаки (Kazuo Shinozaki) из японского научно-исследовательского центра RIKEN. Проведённые им и его коллегами опыты показали, что количество генов, реагирующих на засуху, у резушки Таля приближается к тысяче. Понятно, что целенаправленно повлиять на столь сложные взаимосвязи исследователи не могут. Поэтому они попытались выяснить, каков механизм управления всеми этими сотнями генов, и при этом обнаружили, что существует всего четыре регулятора, способных запустить генетическую программу защиты от засухи. Обычно в клетках растения имеется лишь по одной копии каждого из таких регуляторов. Доктор Казуо Шинозаки внедрил в наследственный материал резушки дополнительные копии этих регуляторов, чтобы усилить реакцию растения на засуху. Результаты, полученные японскими учёными, профессор Альтман считает очень важными:

"Мы видим: сверхактивность этих основных регуляторов – мы называем такое их состояние гиперэкспрессией – приводит к тому, что растение сохраняет свежесть и жизнеспособность, в то время как обычные, не модифицированные экземпляры полностью засыхают и гибнут. Экспериментальные данные и фотоснимки, представленные господином Шинозаки, впечатляют: его подопытные растения действительно гораздо лучше переносят засуху".

Высокую засухоустойчивость обеспечит специальный ген

На минувшей неделе коллеги профессора Альтмана – учёные Ботанического института при Боннском университете – сообщили о том, что ими выделен ген, обеспечивающий высокую засухоустойчивость одного из южноафриканских растений – Craterostigma plantagineum, – известного своей способностью месяцами обходиться без воды. Этот ген контролирует синтез особого фермента альдегид-дегидрогеназы, который защищает растение от действия ядов, накапливающихся в нём в период засухи. Боннские исследователи внедрили ген в наследственный материал резушки Таля, что повысило её выживаемость в условиях засухи до 16-ти дней – обычные растения гибнут уже через 12 дней. Правда, едва ли найдётся крестьянин, который обрадуется, узнав, что теперь сорняки могут стать более засухоустойчивыми, чем выращиваемые им полезные культуры. Но цель всех этих исследований, конечно, не в том, чтобы вывести более жизнеспособные сорта сорняков, – говорит профессор Альтман:

"Знания, полученные в ходе экспериментов с резушкой Таля, данные о механизме такой регуляции, конечно же, могут быть перенесены на другие растения. И есть основания полагать, что внедрение гена, позаимствованного у резушки Таля, скажем, в такой родственный ей вид того же семейства крестоцветных как рапс вызовет аналогичную реакцию".

Трансгенные культуры: урожайность – под вопросом

Однако прежде, чем фермеры засеют поля трансгенными засухоустойчивыми сортами зерновых культур, пройдёт ещё немало времени.

Во-первых, всё ещё неясно, как генетически модифицированные растения повлияют на здоровье населения. Во-вторых, искусственно внедрённые гены склонны постепенно распространяться, и если ген засухоустойчивости попадёт в сорняк, это может иметь далеко идущие негативные последствия. А в-третьих – и это, наверное, для фермеров самое важное, – пока непонятно, как обстоит дело с урожайностью таких трансгенных культур: ведь постоянная готовность противостоять засухе требует от растения лишних расходов энергии, а это снижает урожайность.