Гены, связанные с выживанием растений в одном из самых суровых мест на Земле — пустыне Атакама в Чили, определили ученые, чтобы в дальнейшем вывести устойчивые к засушливому климату культуры, согласно исследованию, опубликованному 18 августа в журнале PNAS.

«В эпоху ускоренного изменения климата крайне важно раскрыть генетическую основу для повышения урожайности и устойчивости сельскохозяйственных культур в засушливых и бедных питательными веществами условиях», — сказала профессор Нью-Йоркского университета Глория Коруцци.

В процессе работы ученые смогли идентифицировать растения, связанные с ними микробы и гены, которые позволяют растениям Атакамы адаптироваться и процветать в экстремальных условиях пустыни, что в конечном итоге может помочь увеличить рост сельскохозяйственных культур и снизить продовольственную безопасность.

Пустыня Атакама на севере Чили, расположенная между Тихим океаном и Андами, является самым сухим местом на планете. Тем не менее, там растут десятки растений, в том числе травы, однолетние растения и многолетние кустарники. В дополнение к ограниченному количеству воды, растения в Атакаме должны справляться с большой высотой, низкой доступностью питательных веществ в почве и чрезвычайно высоким излучением от солнечного света.

Чилийская исследовательская группа за 10-летний период создала беспрецедентную «естественную лабораторию» в пустыне Атакама, где они собирали почву и растения на 22-х участках, расположенных в различных растительных зонах и высотах.

Измеряя множество факторов, они зафиксировали температуру, которая колебалась более чем на 50 градусов от дня к ночи, очень высокий уровень солнечного излучения, почву, в основном состоящую из песка и не имеющую питательных веществ, и минимальное количество дождя, при этом большая часть годовых осадков выпадает в течение нескольких дней.

Позднее в лаборатории ученые секвенировали гены 32-х видов растений доминирующих в Атакаме и оценили почвенные микробы, связанные с растениями, на основе последовательностей ДНК. Они обнаружили, что у некоторых видов растений у корней развиваются бактерии, способствующие росту, что является адаптивной стратегией для оптимизации потребления азота, имеющего решающее значение для роста растений в бедных почвах Атакамы.

«Цель состояла в том, чтобы использовать это эволюционное дерево, основанное на последовательностях генома, для выявления изменений в аминокислотных последовательностях, закодированных в генах, которые поддерживают эволюцию адаптации растений Атакамы к условиям пустыни», — сказала Коруцци.

В ходе исследования было выявлено 265 генов-кандидатов, изменения последовательности белков которых были выбраны эволюционными силами у нескольких видов Атакамы. Эти адаптивные мутации произошли в генах, которые могли лежать в основе адаптации растений к условиям пустыни, включая гены, участвующие в реакции на свет и фотосинтез, что может позволить растениям адаптироваться к экстремальному высокому световому излучению в Атакаме.

«Большинство видов растений, которые мы охарактеризовали в этом исследовании, ранее не изучались, — сказал профессор Родриго Гутьеррес из Чилийского университета. — Поскольку некоторые растения Атакамы тесно связаны с основными культурами, включая зерновые, бобовые и картофель, гены-кандидаты, которые мы идентифицировали, представляют собой генетическую золотую жилу для создания более устойчивых культур, что необходимо с учетом растущего опустынивания нашей планеты».