Koska ilmastonmuutoksen odotetaan johtavan useammin kuiviin kausiin, tutkijat työskentelevät yhä enemmän löytääkseen löytöjä, jotka voivat auttaa kasveja sopeutumaan pitkäaikaiseen vesistressiin.
Boyce Thompson Instituten ja Cornell Universityn tutkijat ovat saaneet päätökseen ensimmäisen tutkimuksen antaakseen kattavan kuvan geenin ilmentymisen muutoksista vastauksena vesistressiin hedelmässä – tomaatissa, Solanum lycopersicum – tunnistaen geenejä, jotka voivat auttaa kasvinjalostajaa kehittämään hedelmiä, jotka selviävät kuivuusolosuhteet.
Julkaistu joulukuun numerossa Kasvien fysiologia, työtä johti Carmen Catalán tutkimusryhmä, BTI:n apulaisprofessori ja Cornellin integroivan kasvitieteen koulun (SIPS) vanhempi tutkija. Yhteistyössä työskenteleviä tutkijoita ovat SIPS:n professori Jocelyn Rose ja BTI:n professorit Jim Giovannoni, Zhangjun Fei ja Lukas Mueller, jotka ovat myös SIPS:n dosentteja.
"Tunnistamme useita geenejä, jotka osallistuvat vesistressivasteeseen tomaatin hedelmässä", Catalá sanoi. "Voimme nyt alkaa valita ehdokasgeenejä, jotka voivat auttaa kasvattajia kehittämään hedelmiä, jotka sopeutuvat kuiviin olosuhteisiin, eikä vain tomaatteja, vaan myös viinirypäleitä, omenoita ja meheviä hedelmiä yleensä. Se on näiden tietojen mahdollinen pitkän aikavälin sovellus."
Tutkijat tarkastelivat geenien ilmentymistä tomaatin lehdissä ja kuudessa hedelmäelimessä (perikarpi, istukka, väliseinä, columella, hyytelö ja siemenet) kahdessa eri aikapisteessä (kasvavat ja kypsät hedelmät) ja neljässä erilaisessa vesistressiolosuhteissa (ei mitään, lievä, keskitasoinen ja vahva).
Tutkijat havaitsivat, että jokainen hedelmäelimen kudos muuttui ainutlaatuisella tavalla ajan myötä.
"Alle 1% ilmentyneistä geeneistä, joihin vesistressi vaikutti, jaettiin kaikkien kuuden hedelmäkudoksen kesken, ja yli 50% sairastuneista geeneistä oli spesifisiä yhdelle kudokselle", Catala sanoi.
Toisin kuin kuivuuden negatiiviset vaikutukset, joka laukaisee fysiologisia häiriöitä ja hedelmän menetystä, kuivuuteen liittyy joitain myönteisiä vaikutuksia - ainakin lievään kuivuuteen.
Esimerkiksi tutkijat havaitsivat, että vesistressi lisää lykopeenin määrää kypsissä hedelmissä. Lykopeeni on antioksidantti, jolla on dokumentoituja terveyshyötyjä. Vesistressissä olleilla hedelmillä oli myös korkeampi tärkkelyksen biosynteesi, mikä saattoi tuottaa makeampia tomaatteja.
Tutkijat havaitsivat myös, että he voisivat "kouluttaa" tomaatteja kestämään paremmin tulevaa kuivuutta.
"Kun kylväimme siemeniä käsitellyistä kasveista, havaitsimme, että stressaantuneiden tomaattien taimet toipuivat paremmin vesistressistä verrattuna kontrollitomaattien taimiin", sanoi Philippe Nicolas, Catalán laboratorion tutkijatohtori ja ensimmäinen kirjoittaja.
Nicolas sanoi, että he tunnistivat useita geenejä, joiden ilmentymisen indusoi vesistressi kypsissä siemenissä, joilla voi olla tärkeä rooli vesistressin sietokyvyn antamisessa seuraavan sukupolven kasveille.
Tutkimus oli haastava muutamalla tavalla, koska tutkijat tarkastelivat hedelmiä. Useimmat tutkimukset kasvien vasteista kuivuusstressiin tutkivat taimien juuria ja lehtiä, koska niitä on suhteellisen helppo tutkia.
"On suhteellisen helppoa stressata taimia, mutta jos stressaat kasveja liikaa, ne eivät kukoista eivätkä kehitä hedelmää", Catalá sanoi. "Lisäksi, kun haluaa tutkia hedelmiä, on kasvatettava aikuisia kasveja, mikä vie enemmän aikaa, tilaa ja kokonaisresursseja."