Bawełna jest wpleciona w samą tkaninę naszego życia, od miękkich koszulek po wygodne dżinsy i przytulne prześcieradła. Jest wiodącym na świecie odnawialnym włóknem tekstylnym i kręgosłupem globalnego przemysłu wartego miliardy.

Wraz z nasileniem się zmian klimatycznych rolnicy uprawiający bawełnę stają w obliczu coraz większych wyzwań związanych z suszą i upałem. Jednak nowe badania dają nadzieję na opracowanie bardziej odpornych odmian, które mogą utrzymać wysokie plony nawet w warunkach niedoboru wody.

Interdyscyplinarny zespół badaczy zbadał, w jaki sposób różne rośliny bawełny reagują na suszę na poziomie genetycznym w badaniu opublikowanym niedawno w czasopiśmie Czasopismo biotechnologii roślin. Wyhodowali 22 odmiany bawełny górskiej (Gossypium hirsutum L.) w nisko położonym regionie pustynnym Arizony, poddając połowę roślin warunkom suszy. Analizując geny i cechy fizyczne roślin, naukowcy odkryli fascynujące spostrzeżenia na temat mechanizmów radzenia sobie bawełny z suszą.

Odkryli, że dwa kluczowe geny regulacyjne, GhHSFA6B-D i GhDREB2A-A, odgrywają kluczową rolę w pomaganiu roślinom bawełny w radzeniu sobie ze stresem wodnym, utrzymując jednocześnie produkcję włókien. Geny te działają jak dyrygenci orkiestry, koordynując aktywność setek innych genów zaangażowanych w reakcję na suszę i rozwój włókien.

„Byliśmy podekscytowani odkryciem tego bezpośredniego związku między tolerancją na stres a utrzymaniem wydajności włókien” — powiedział współautor korespondencyjny dr Andrew Nelson, adiunkt w Boyce Thompson Institute. „Wydaje się, że z czasem rośliny bawełny rozwinęły ten mechanizm regulacyjny, który pomaga im radzić sobie z suchymi warunkami, a jednocześnie produkować włókna, które są tak ważne ekonomicznie”.

Jedno z najbardziej intrygujących odkryć dotyczy genu o nazwie GhIPS1-A, który produkuje enzym ważny dla syntezy związków chroniących rośliny przed stresem suszy. Naukowcy odkryli, że tylko jedna kopia tego genu, odziedziczona po afrykańskich przodkach bawełny, reaguje na GhHSFA6B-D. Sugeruje to, że zdolność bawełny do radzenia sobie z suszą ma starożytne korzenie poprzedzające jej udomowienie.

Co jeszcze bardziej fascynujące, zespół odkrył niewielką zmianę genetyczną w pobliżu genu GhIPS1-A, która prawdopodobnie wpływa na to, jak dobrze bawełna utrzymuje plon w warunkach ograniczonego dostępu do wody.

„Ta pojedyncza zmiana litery DNA była związana z wyższą produkcją włókien w roślinach poddanych stresowi suszy” – wyjaśnił współautor korespondencyjny dr Duke Pauli, adiunkt na University of Arizona. „Takie niewielkie różnice genetyczne mogą być cennymi celami dla hodowców, którzy chcą opracować bardziej odporne odmiany bawełny”.

Ponieważ zmiany klimatyczne prowadzą do częstszych i dotkliwych susz w wielu regionach uprawy bawełny, kluczowe jest opracowanie odmian, które mogą rozwijać się przy mniejszej ilości wody. Badania te dostarczają cennych spostrzeżeń i celów genetycznych, które mogą pokierować tymi wysiłkami hodowlanymi.

Ponadto badanie podkreśla znaczenie utrzymania różnorodnych odmian bawełny. Zakres reakcji na suszę zaobserwowany wśród 22 badanych typów podkreśla, jak istotna jest różnorodność genetyczna dla adaptacji upraw do zmieniających się warunków.

W świecie, który stawia czoła coraz większym wyzwaniom środowiskowym, zrozumienie, w jaki sposób nasze najważniejsze rośliny reagują na stres na poziomie molekularnym, jest ważniejsze niż kiedykolwiek. To badanie rozwija naszą wiedzę naukową i toruje drogę do bardziej odpornego i zrównoważonego rolnictwa w obliczu zmiany klimatu.