Дополнительное количество железа помогает пшенице, испытывающей стресс, расти большой и крепкой

от

Исследователи под руководством Кейичи Мочиды из Центра исследований устойчивых ресурсов (RIKEN CSRS) в Японии обнаружили, что длительные периоды стресса приводят к дефициту железа и задержке роста у пшеницы.

Эксперименты показали: уменьшение дефицита железа с помощью синтетической органической молекулы под названием PDMA способствует лучшему росту и здоровью растений.

Эти результаты — хорошая новость для фермеров и потребителей, они могут привести к разработке методов лечения в полевых условиях, которые улучшат производство пшеницы в периоды длительной жары. Исследование [опубликовано](https://www.nature.com/articles/s41467-025-63005-0) в журнале Nature Communications.

Одно из самых больших опасений, связанных с изменением климата, — это то, что длительные периоды жары нарушат производство продуктов питания. Даже умеренное потепление может снизить урожайность зерновых культур, выращиваемых в прохладное время года, таких как пшеница. По данным одного глобального исследования, производство пшеницы снижается на 6% при повышении температуры на 1 °C.

Пшеница не только хуже осуществляет фотосинтез и даёт более мелкие зёрна, но и само зерно становится менее питательным. Хотя большинство исследований того, как растения адаптируются к тепловому стрессу, были сосредоточены на остром стрессе — очень высоких температурах в течение нескольких дней, Мочида и его команда пришли к выводу, что большую угрозу, которую несёт изменение климата, представляют именно длительные периоды умеренно высоких температур.

Генетические и биологические механизмы

Исследователи изучили, что происходит с пшеницей после двух недель умеренного теплового стресса. По сравнению с пшеницей, выращенной при нормальных температурах, растения пшеницы, испытывающие стресс, весили меньше, и анализ показал, что они хуже осуществляют фотосинтез.

При проверке на дефицит питательных веществ исследователи обнаружили, что в листьях растений, подвергшихся тепловому стрессу, содержится менее половины нормального количества железа. Может ли их задержка роста быть результатом дефицита железа?

Для изучения биологических механизмов исследователи обратились к генетически более простому злаку — пурпурному ложу (Brachypodium distachyon), который часто используется в качестве модельного растения для изучения зерновых культур.

В экспериментах модельный злак реагировал на тепловой стресс почти так же, как пшеница. Но степень поражения злака варьировалась от образца к образцу, как и дефицит железа. Например, у образца Bd21 была крайне низкая биомасса, очень жёлтые листья и на 91% меньше железа, чем у растений, выращенных при нормальных температурах. С другой стороны, у образца Bd21-3 симптомы были несколько мягче, и дефицит железа составлял всего 61%.

Благодаря более простому геному исследователи смогли сравнить эти два образца модельного злака и определить ген BdTOM1, ответственный за разницу.

Растения не могут извлекать железо из почвы напрямую. Вместо этого они производят органические соединения, называемые мугиновыми кислотами, и выделяют их в почву. Как только эти соединения связываются с железом в почве, растения могут поглощать его через корни. Ген BdTOM1 отвечает за производство мугиновых кислот.

Анализ показал, что после двух недель теплового стресса в образце злака Bd21-3 в корнях было гораздо больше дезоксимугиновой кислоты, чем в Bd21, что объясняет, почему у Bd21 был больший дефицит железа, и указывает на то, что вариации в BdTOM1, вероятно, приводят к вариациям в восприимчивости к тепловому стрессу.

Затем исследователи предположили, что могут облегчить дефицит железа и улучшить рост, давая чувствительным к жаре растениям больше дезоксимугиновой кислоты. Они проверили эту гипотезу на модельном злаке и на пшенице, используя синтетическую дезоксимугиновую кислоту под названием PDMA. Их гипотеза подтвердилась: при тепловом стрессе обработка PDMA привела к улучшению фотосинтеза и биомассы при условии, что концентрация PDMA не была слишком высокой.

Мочида с оптимизмом смотрит на то, как эти результаты будут тестироваться в полевых условиях. «В краткосрочной перспективе, — говорит он, — это исследование предлагает новый подход к повышению устойчивости сельскохозяйственных культур к тепловому стрессу, демонстрируя потенциал оптимизации поглощения железа и повышения производительности в сельском хозяйстве».

«В долгосрочной перспективе усилия по селекции, нацеленные на гены, участвующие в гомеостазе питательных веществ, могут способствовать обеспечению продовольственной безопасности и устойчивому сельскому хозяйству, учитывая климатические сценарии, потребности общества и конкуренцию за ресурсы в таких секторах, как сельское хозяйство и энергетика».

Предоставлено [RIKEN](https://phys.org/partners/riken/)

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте