Учёные рассказали, как картофель и томат приспосабливаются к потеплению климата
4 февраля 2026 г. | наука
Исследование красноярских и новосибирских учёных посвящено тому, как на уровне экспрессии генов картофель (Solanum tuberosum) и томат (Solanum lycopersicum) реагируют на засуху и жару, и какие элементы этой реакции можно отнести к общим (консервативным), а какие присущи конкретному виду растений.
Согласно прогнозам климатологов, ожидается повышение средней глобальной температуры на 1-7 °C к концу столетия. Это сократит количество осадков и увеличит частоту засух во многих регионах. Такие условия несут ощутимые риски снижения урожайности для многих сельскохозяйственных культур и требуют нового подхода к селекции растений, устойчивых к новым климатическим реалиям.
«Мы сделали массовый мета-анализ результатов множества экспериментов, представленный в открытых базах данных. Этими данными были результаты RNA-seq — это такой метод, который позволяет определить, какие гены "работают" активнее или слабее путем подсчёта количества РНК/транскриптов у образцов, выращенных в разных условиях (опытных — перенесших стресс и контрольных, - выросших в благоприятных условиях). Всего было проанализировано 450 RNA-seq образцов (картофель и томат, подвергшиеся засухе и жаре в контролируемых экспериментальных условиях). В итоге получили воспроизводимые наборы генов, менявших свою экспрессию в ответ на стресс. Эти гены, по нашему мнению, могут быть потенциальными мишенями для будущих исследований и селекции», — рассказала соавтор исследования, научный сотрудник лаборатории лесной геномики, доцент кафедры геномики и биоинформатики СФУ Евгения Бондар.
Механизм устойчивости, который учёные выделили в транскриптомах, выглядит как согласованная перестройка: усиливается контроль правильного сворачивания структур белков, в частности, растёт активность шаперонов, которые помогают белкам образовать нужную структуру и не терять её под воздействием высокой температуры и других стрессовых факторов. Также активируются компоненты системы ответа на окислительный стресс — при жаре и засухе накапливаются активные формы кислорода (ROS), и включаются антиоксидантные механизмы, которые помогают держать это под контролем. Интересно, что фотосинтез и часть первичного метаболизма в этой ситуации подавляются, то есть ресурсы растения переключаются с роста на выживание.
«Устойчивость к стрессам — это согласованная работа множества генов, целая регуляторная сеть. Знание ключевых регуляторов такой сети помогает выбирать так называемые кандидатные гены и ключевые регуляторные элементы, которые после проверки позволят подбирать маркеры для селекции так, чтобы повысить устойчивость растения без значимых потерь продуктивности», — подчеркнула Евгения Бондар.
По словам исследователей, в этой работе они изучали устойчивость паслёновых, представителях рода Solanum: картофель, томат и близкие виды. Однако сам вычислительный подход, предложенный в исследовании (сбор результатов множества экспериментов, мета-анализ, выделение устойчивых сигналов, реконструкция сетей) может успешно применяться к другим растениям при наличии доступных данных или ресурсов для их получения в лаборатории.
Результаты работы позволили сибирским экспертам предсказать, какие конкретные механизмы особенно важны в регуляции перестройки физиологии паслёновых в ответ на стресс. Одними из ключевых регуляторов оказались компоненты семейств транскрипционных факторов bZIP, bHLH, DOF и BBR/BPC. На их основе учёные реконструировали регуляторные сети — такие схемы взаимной регуляции генов и оценили роль каждого регулятора в полученной системе.
Что касается дальнейших шагов — у учёных появилась карта кандидатных генов и регуляторных модулей, на которые можно опираться в процессе селекции. Например, использовать маркер-опосредованную селекцию (отбор по вариантам генов и регуляторных участков, связанных с ключевыми защитными факторами), привлекать диких родственников картофеля и томата как источник генов устойчивости, а ещё оптимизировать стресс-индуцируемые программы так, чтобы повысить устойчивость паслёновых к жаре и засухе при минимальном влиянии на урожайность.
Первыми рассказали Известия
Фото: Известия/Эдуард Корниенко