Καθώς η κλιματική αλλαγή αναμένεται να οδηγήσει σε συχνότερες περιόδους ξηρασίας, οι ερευνητές εργάζονται όλο και περισσότερο για να κάνουν ανακαλύψεις που μπορούν να βοηθήσουν τα φυτά να προσαρμοστούν στο παρατεταμένο υδατικό στρες.
Ερευνητές από το Ινστιτούτο Boyce Thompson και το Πανεπιστήμιο Cornell ολοκλήρωσαν την πρώτη μελέτη για να παρέχουν μια ολοκληρωμένη εικόνα των αλλαγών της γονιδιακής έκφρασης ως απόκριση στο στρες του νερού σε ένα φρούτο -την ντομάτα, Solanum lycopersicum-, προσδιορίζοντας γονίδια που θα μπορούσαν να βοηθήσουν τους κτηνοτρόφους να αναπτύξουν φρούτα που μπορούν να αντιμετωπίσουν συνθήκες ξηρασίας.
Δημοσιεύτηκε στο τεύχος Δεκεμβρίου του Φυσιολογία φυτών, την εργασία ηγήθηκε η ερευνητική ομάδα της Carmen Catalá, επίκουρης καθηγήτριας στο BTI και Ανώτερης Ερευνητικής Συνεργάτης στο School of Integrative Plant Science (SIPS) στο Cornell. Οι συνεργαζόμενοι ερευνητές περιλαμβάνουν την Jocelyn Rose, καθηγήτρια στο SIPS, και τους καθηγητές BTI Jim Giovannoni, Zhangjun Fei και Lukas Mueller, οι οποίοι είναι επίσης επίκουροι καθηγητές στο SIPS
«Εντοπίσαμε έναν αριθμό γονιδίων που εμπλέκονται στην απόκριση στο στρες του νερού στον καρπό της ντομάτας», δήλωσε ο Catalá. «Μπορούμε τώρα να αρχίσουμε να επιλέγουμε υποψήφια γονίδια που θα μπορούσαν να βοηθήσουν τους κτηνοτρόφους να αναπτύξουν φρούτα που μπορούν να προσαρμοστούν στις συνθήκες ξηρασίας, και όχι μόνο τις ντομάτες αλλά και τα σταφύλια, τα μήλα και τα σαρκώδη φρούτα γενικά. Αυτή είναι μια μακροπρόθεσμη πιθανή εφαρμογή αυτών των δεδομένων».
Οι ερευνητές εξέτασαν τη γονιδιακή έκφραση σε φύλλα ντομάτας και έξι όργανα καρπού (περικάρπιο, πλακούντας, διάφραγμα, κηλίδα, ζελέ και σπόροι) σε δύο διαφορετικά χρονικά σημεία (αναπτύσσοντας και ώριμο καρπό) και κάτω από τέσσερις διαφορετικές συνθήκες υδατικού στρες (καμία, ήπια, ενδιάμεση και ισχυρός).
Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι καθένας από τους ιστούς των οργάνων του φρούτου άλλαξε με μοναδικούς τρόπους με την πάροδο του χρόνου.
«Λιγότερο από το 1% των εκφραζόμενων γονιδίων που επηρεάστηκαν από το στρες του νερού μοιράστηκαν και στους έξι ιστούς φρούτων και περισσότερο από το 50% των προσβεβλημένων γονιδίων ήταν ειδικά για έναν μόνο ιστό», δήλωσε ο Catala.
Σε αντίθεση με τις αρνητικές επιπτώσεις της ξηρασίας, που προκαλεί φυσιολογικές διαταραχές και απώλεια καρπών, υπάρχουν ορισμένες θετικές επιπτώσεις που σχετίζονται με την ξηρασία — τουλάχιστον με ήπια ξηρασία.
Για παράδειγμα, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι το στρες στο νερό αυξάνει την ποσότητα λυκοπενίου στα ώριμα φρούτα. Το λυκοπένιο είναι ένα αντιοξειδωτικό που έχει τεκμηριωμένα οφέλη για την υγεία. Τα φρούτα που είχαν υποστεί πίεση στο νερό είχαν επίσης υψηλότερα επίπεδα βιοσύνθεσης αμύλου, που θα μπορούσαν να δώσουν πιο γλυκές ντομάτες.
Οι ερευνητές διαπίστωσαν επίσης ότι θα μπορούσαν να «εκπαιδεύσουν» τις ντομάτες ώστε να είναι πιο ανθεκτικές σε μελλοντικές ξηρασίες νερού.
«Όταν σπείραμε τους σπόρους από φυτά που είχαν υποστεί επεξεργασία, διαπιστώσαμε ότι τα σπορόφυτα από ντοματίνια με στρες εμφάνισαν βελτιωμένη ανάκαμψη από το στρες στο νερό σε σύγκριση με τα σπορόφυτα από ντομάτες ελέγχου», δήλωσε ο Philippe Nicolas, μεταδιδακτορικός επιστήμονας στο εργαστήριο της Catalá και πρώτος συγγραφέας της εργασίας.
Ο Nicolas είπε ότι εντόπισαν πολλά γονίδια των οποίων η έκφραση προκαλείται από το στρες στο νερό σε ώριμους σπόρους, τα οποία θα μπορούσαν να διαδραματίσουν σημαντικό ρόλο στην παροχή ανοχής στο υδάτινο στρες στην επόμενη γενιά φυτών.
Η μελέτη ήταν προκλητική από μερικούς τρόπους, επειδή οι ερευνητές εξέταζαν τα φρούτα. Οι περισσότερες μελέτες για τις αντιδράσεις των φυτών στο στρες της ξηρασίας εξετάζουν τις ρίζες και τα φύλλα των δενδρυλλίων επειδή είναι σχετικά εύκολο να μελετηθούν.
«Είναι σχετικά εύκολο να τονίσεις τα σπορόφυτα, αλλά αν αγχώσεις υπερβολικά τα φυτά, δεν θα ανθίσουν και δεν θα αναπτύξουν καρπούς», είπε ο Catalá. "Επιπλέον, όταν θέλετε να μελετήσετε τα φρούτα, πρέπει να καλλιεργήσετε ενήλικα φυτά, κάτι που απαιτεί περισσότερο χρόνο, χώρο και γενικούς πόρους."