Комнатные цветоводы в прохладном климате выращивают циссус четырехугольный, которые еще называют адамантовой лианой, из-за эффектных четырехгранных сочных побегов и неприхотливости к поливу, что неудивительно. Африка – родина циссусов, а виды, распространенные в засушливых и полузасушливых районах Африки, давно выработали собственные различные стратегии противостояния стрессу, вызванному засухой. Теперь исследователи хотят использовать суперсилы адамантовой лианы в селекции сельхозкультур будущего. Так что отнеситесь к вашему циссусу с уважением!
эксклюзив 🔹
Циссус четырехугольный (Cissus quadrangularis) — раскидистое многолетнее травянистое растение, которое сегодня распространено в тропических и субтропических регионах Индии, Шри-Ланки, Малайзии, Явы и Африки, где используется местным населением в качестве лекарственного сырья. В более прохладном климате циссусы продаются для комнатного цветоводства.
Циссус четырехугольный — тетраплоидный вид, принадлежащий к семейству Vitaceae (виноградные), известен своей замечательной устойчивостью к стрессу, вызванному засухой.
Интересно, что листья и стебли этого растения по-разному реагируют на стресс дефицита влаги. В естественной пустынное среде обитания листья появляются на новых стеблях только в сезон дождей и опадают в условиях засухи. В засушливый сезон остаются только сочные стебли.
Недавнее исследование устойчивости циссуса к засухе, ставшее результатом совместных международных усилий, было опубликовано в журнале Horticultural Research. В нем представлен углубленный анализ генома циссуса четырехугольного, проливающий свет на его исключительную засухоустойчивость и особые механизмы фотосинтеза.
Тщательное картирование генома циссуса четырехугольного выявило множество генетических адаптаций, которые позволяют ему процветать в условиях пустыни и в квартире с хозяином, часто забывающим о поливе.
Метаболизм крассуловой кислоты (Crassulacean acid metabolism — САМ) представляет собой водосберегающий путь фотосинтеза, который конвергентно развился у разных растений, включая растения рода циссус, при этом последние имеют подмножество генов, связанных с CAM – это демонстрировали четские суточные паттерны экспрессии в суккулентных стеблях, но не в листьях, что указывает на то, что экспрессия существующих генов, связанная со стеблями, способствовала эволюции CAM у циссусов.
Исследователи выполнили сборку высококачественного генома циссуса четырехугольного общим размером 679,2 МБ, который был разделен на два субгенома.
Аннотация генома выявила 51 857 генов, кодирующих белки, при этом примерно 47,75% генома состояло из повторяющихся последовательностей. Соотношения экспрессии генов двух субгеномов продемонстрировали, что геном суб-А как доминирующий субгеном играет жизненно важную роль в устойчивости к засухе.
Анализ дивергенции генома предполагает, что событие тетраплоидизации произошло около 8,9 миллионов лет назад. Данные транскриптома показали, что пути, связанные с метаболизмом кутина, суберина и воска, обогащались в стебле во время испытания засухой, что позволяет предположить, что именно эти гены способствуют адаптации к засухе.
Полиплоидизация широко распространена как у животных, так и у растений. Это способствует диверсификации видов благодаря эволюционным инновациям, возникающим в результате перестройки хромосом. У тетраплоидов, к которым принадлежит циссус, каждая хромосома представлена четырежды.
При этом, наличие множества гомологичных хромосом представляло собой ранее серьезное препятствие для создания высококачественной сборки генома полиплоидных видов. Однако, с появлением технологии секвенирования ДНК, такой как PacBio, теперь разрабатывается сборка генома многих полиплоидных видов.
Полиплоидизация также тесно связана с агрономическими характеристиками многих сельскохозяйственных культур, включая улучшение качества волокна и толерантности к стрессам у хлопчатника, повышения масличности у морфотипов рапса, повышение устойчивости к болезням клубники и так далее.
Исследователи уверены, что результаты, полученные из генома циссуса четырехугольного, совершат революцию в селекции сельскохозяйственных культур, направленную на создание сортов, способных противостоять нехватке воды долгое время. Интегрируя путь CAM и гены засухоустойчивости, сельскохозяйственный сектор может продвинуться к более устойчивым урожаям, сохраняя запасы продовольствия в засушливом климате.
Источник: Horticultural Research. Фото: DOI: 10.1093/час/uhae038.
