Ker se pričakuje, da bodo podnebne spremembe povzročile pogostejša sušna obdobja, si raziskovalci vedno bolj prizadevajo priti do odkritij, ki bi lahko pomagala rastlinam pri prilagajanju na dolgotrajno pomanjkanje vode.
Raziskovalci z Inštituta Boyce Thompson in Univerze Cornell so zaključili prvo študijo, ki je zagotovila celovito sliko sprememb genske ekspresije kot odziv na vodni stres v sadju – paradižniku, Solanum lycopersicum – identificirati gene, ki bi lahko pomagali žlahtniteljem rastlin razviti sadje, ki se lahko spopade s sušne razmere.
Objavljeno v decembrski številki Rastlinska fiziologija, je delo vodila raziskovalna skupina Carmen Catalá, docentka na BTI in višja raziskovalna sodelavka na Šoli za integrativno znanost o rastlinah (SIPS) na Cornellu. Med sodelujočimi raziskovalci so Jocelyn Rose, profesorica na SIPS, in profesorji BTI Jim Giovannoni, Zhangjun Fei in Lukas Mueller, ki so tudi izredni profesorji na SIPS
"Identificirali smo številne gene, ki so vključeni v odziv na stres pri paradižniku," je dejal Catalá. »Zdaj lahko začnemo izbirati kandidatne gene, ki bi lahko žlahtniteljem pomagali razviti sadje, ki se lahko prilagodi sušnim razmeram, in ne le paradižnik, ampak tudi grozdje, jabolka in mesnato sadje na splošno. To je dolgoročna možna uporaba teh podatkov."
Raziskovalci so opazovali izražanje genov v listih paradižnika in šestih sadnih organih (perikarp, posteljica, septum, kolomela, žele in semena) v dveh različnih časovnih točkah (rastoče in zrelo sadje) in v štirih različnih pogojih vodnega stresa (brez, blagi, vmesni in močan).
Raziskovalci so ugotovili, da se je vsako tkivo sadnega organa sčasoma spremenilo na edinstven način.
"Manj kot 1% izraženih genov, na katere je vplival vodni stres, je bilo razdeljenih med vseh šest tkiv sadja, več kot 50% prizadetih genov pa je bilo specifičnih za posamezno tkivo," je dejal Catala.
V nasprotju z negativnimi učinki suše, ki sproži fiziološke motnje in izgubo plodov, je s sušo povezanih nekaj pozitivnih učinkov – vsaj z blago sušo.
Raziskovalci so na primer ugotovili, da pomanjkanje vode poveča količino likopena v zrelem sadju. Likopen je antioksidant, ki ima dokumentirane koristi za zdravje. Sadje, ki je bilo pod stresom, je imelo tudi višjo raven biosinteze škroba, kar bi lahko prineslo slajše paradižnike.
Raziskovalci so tudi ugotovili, da bi lahko paradižnike "trenirali", da bi bili bolj odporni na bodočo vodno sušo.
"Ko smo posejali semena iz tretiranih rastlin, smo ugotovili, da so sadike paradižnikov pod stresom pokazale izboljšano okrevanje po vodnem stresu v primerjavi s sadikami iz kontrolnih paradižnikov," je povedal Philippe Nicolas, podoktorski znanstvenik v laboratoriju Catalá in prvi avtor prispevka.
Nicolas je dejal, da so identificirali več genov, katerih izražanje je povzročeno z vodnim stresom v zrelih semenih, ki bi lahko imeli pomembno vlogo pri prenosu tolerance na vodni stres na naslednjo generacijo rastlin.
Študija je bila na nekaj načinov zahtevna, saj so raziskovalci preučevali sadje. Večina študij o odzivih rastlin na sušni stres preučuje korenine in liste sadik, ker jih je razmeroma enostavno preučiti.
"Razmeroma preprosto je obremeniti sadike, če pa rastline obremenite preveč, ne bodo cvetele in razvile plodov," je dejal Catalá. "Poleg tega, ko želite preučevati sadje, morate gojiti odrasle rastline, kar zahteva več časa, prostora in skupnih virov."