В селекции масличного рапса ученые предлагают сделать акцент на бор
Масличный рапс и другие крестоцветные рода Brassica имеют самую высокую потребность в витамине боре среди видов сельскохозяйственных культур. Дефицит бора оказывает разрушительное воздействие на рапс и родственные ему растения. Однако мало что известно о лежащих в основе генетических механизмах. В новом исследовании ученые показывают, что реакция на постоянный или кратковременный острый дефицит бора аналогична реакции на вредителей и инфекции. Эти результаты закладывают основу для селекции растений, которые могут лучше справляться с дефицитом бора и избегать связанных с этим потерь урожая.
На фото вы видите обзор фенотипического влияния условий роста B-дефицитного (-B) и B-достаточного (+B) на общее состояние и развитие соцветия Brassica napus на стадии (A) роста BBCH 51 (видно главное соцветие в середине верхних листьев) сверху цветки не раскрыты), (В) стадия роста BBCH 60–61 (первые цветки раскрыты), (C) стадия роста BBCH 60–61 плюс 4 дня и (D) стадия роста BBCH 60–61 плюс 14 дней.
Фото: Physiologia Plantarum (2023). DOI: 10.1111/чел.14088
Об этом пишет Магдалена Эйзенманн в релизе Технического университета Мюнхена.
Рапс масличный и родственные растения имеют высокую потребность в боре. Дефицит бора часто длительное время незаметен снаружи пораженных растений, особенно в вегетативные стадии. Тем не менее, это имеет серьезные последствия: во-первых, дефицит бора замедляет рост корней, а затем цветы могут сморщиться и преждевременно погибнуть, что приводит к большим потерям семян.
Чтобы понять основные механизмы, исследователи из Технического университета Мюнхена (TUM), Университета Билефельда и Института генетики растений и исследований сельскохозяйственных растений им. Лейбница (IPK) исследовали, какие гены активны при дефиците бора, а какие — при дефиците бора. Исследование опубликовано в журнале Physiologia Plantarum.
На первом этапе растения реагируют на дефицит бора, производя больше транспортных белков, которые поглощают питательные вещества. Однако если дефицит сохраняется, на первый план в развивающихся и важных для урожая цветках выходит стрессовая реакция. Это напоминает реакцию на нападение вредителей, ранение или заражение и приводит к гибели пораженных цветов.
Анализ обогащения GO-термов показал нарастающую реакцию, напоминающую реакцию на атаку патогена или вредителя, перерастающую в огромную реакцию транскриптома в головках побегов в середине цветения. Группирование дифференциально экспрессируемых генов в этой ткани в функциональные ячейки MapMan показало обогащение генами, связанными с ранением, жасмоновой кислотой и факторами транскрипции WRKY. Отдельные гены-кандидаты из контейнеров биотического стресса MapMan включают гены семейства метакаспаз, которые участвуют в организации запрограммированной гибели клеток.
До сих пор неизвестно, является ли ответ целевой реакцией растения по сохранению ресурсов для потенциального более позднего цветения или сигнальный путь запускается непреднамеренно. И дефицит бора, и инфекции повреждают клеточные стенки растений. Повреждение клеточной стенки может имитировать инфекцию и приводить к аналогичному сигналу даже при отсутствии инфекционной угрозы.
Изменение климата может привести к тому, что дефицит бора в будущем станет еще более частым. Например, в Центральной Европе ожидаются зимы с большим количеством осадков и продолжительными засушливыми периодами весной и летом. В результате водорастворимые питательные вещества зимой будут все больше вымываться из почвы, а засушливой весной в почве не хватает влаги, чтобы растения могли усваивать питательные вещества.
В этих условиях трудно компенсировать дефицит питательных веществ целевым внесением удобрений. «Либо бор в почве не доходит до растения, либо уже незамеченный дефицит бора приводит к повреждению путей прохождения воды и питательных веществ. В результате внесенный бор больше не может транспортироваться к тем местам в растении, где он необходим», — говорит профессор Герд Патрик Бинерт с кафедры физиологии сельскохозяйственных культур TUM.
Выведение сортов масличного рапса, которые способны эффективно перерабатывать бор или одновременно эффективно усваивают воду и бор, поможет защитить будущие урожаи. Результаты исследователей способствуют определению возможных отправных точек в селекции растений.
«Идентификация и выведение механизмов эффективности бора, а также выращивание сортов, эффективно использующих бор, будут становиться все более важными в контексте изменения климата. Достаточное количество бора имеет важное значение для стабильности урожайности сельскохозяйственных культур, особенно в условиях нехватки воды», - говорит исследователь сельскохозяйственных культур Бинерт. Между тем, только в Европе годовое производство рапса постоянно превышает 20 миллионов тонн. Потери урожайности и качества масличного рапса, связанные с дефицитом бора, в основном происходят в странах Северной Европы, Канаде и Китае.
Источник: Technical University Munich. Автор: Магдалена Эйзенманн.