«Сорняки растут, как сорняки, когда они растут вместе с кукурузой», — говорит Клэй. «На кукурузе они вырастают больше и выше, чем сами по себе». И наоборот, «кукуруза меньше растет среди сорняков».
В течение последних 20 лет Клей изучал борьбу с сорняками в пастбищах и системах возделывания, физиологию сорняков и взаимодействие между гербицидами, почвой и культурами. Ученый-сорняк был первой женщиной, занявшей пост президента Американского общества агрономии.
Она получила две награды Американского общества по изучению сорняков за выдающиеся статьи, опубликованные в Weed Science — одну в 2007 году, а другую в 2012 году. Обе статьи были написаны в сотрудничестве с Дэвидом Хорватом, физиологом растений из Службы сельскохозяйственных исследований Министерство сельского хозяйства США в Фарго, Северная ДакотаЛучше растет среди кукурузы
Чтобы выяснить, как кукуруза и сорняки влияют на реакцию генов друг друга, Клей и его команда из двух научных сотрудников и эксперта по почвам высадили участки только с одним бархатным листом, кукурузой с бархатным листом и кукурузой, не содержащей сорняков.Исследователи увидели совершенно другую реакцию, когда бархатный лист выращивали отдельно от кукурузы.
Клей объясняет, что один бархатный лист был короче и толще. Кроме того, специфические гены, влияющие на фотосинтез и другие важные реакции растений, различались по экспрессии.В другом исследовании сравнивали рост и урожай кукурузы в ответ на сорняки, недостаток азота или тень.
Во всех случаях Клей и Хорват обнаружили, что гены экспрессируются по-разному по сравнению с нестрессовыми растениями. Однако каждый стресс приводил к очень разным паттернам экспрессии.
Традиционно считалось, что сорняки замедляют рост и урожай сельскохозяйственных культур из-за конкуренции за воду, питательные вещества и свет. Однако это исследование показывает, что взаимодействие между сорняками и культурами намного сложнее, чем думали исследователи.
По словам Клея, при выращивании с сорняками гены, которые контролируют основные аспекты метаболизма кукурузы, были снижены или подавлены. К ним относятся его реакция на световой раздражитель, количество вырабатываемого им хлорофилла и его способность преобразовывать сырье в энергию.Короче говоря, эти изменения в экспрессии генов отрицательно влияют на способность растения расти и воспроизводиться.
Долгосрочное влияниеКогда исследователи начали удалять сорняки из кукурузы на ранних этапах, например, когда у кукурузы было всего два или четыре листа, они все еще видели различия в экспрессии генов по сравнению с кукурузой без сорняков. Однако, как отмечает Клей, количество биомассы — стебля и листьев — существенно не отличалось.«Гены так и не восстановились», — говорит Клэй, даже после того, как сорняки были удалены. «Воздействие будет долгосрочным», — добавляет она, что еще раз подтверждает аргументы в пользу ранней борьбы с сорняками.
Эти изменения в экспрессии генов могут помочь объяснить случаи, когда урожай не пострадал, но в растении произошло небольшое снижение, которое ученые не могут определить.Затем исследователи изучают влияние водного стресса на экспрессию генов, используя кукурузу, посаженную как на возвышенностях, так и на низинах. Клэй объясняет, что гены кукурузы, подвергшейся водному стрессу на вершине холма, были подавлены с точки зрения поглощения фосфора.Кроме того, «пострадали» циркадные ритмы, внутренние часы, которые контролируют работу клеток растения.
Это, в свою очередь, повлияло на повреждающую реакцию растения и сделало его более восприимчивым к поражению вредителями. По сути, кукуруза, подвергшаяся водному стрессу, «стареет и быстрее», — говорит Клей.
Теперь исследователи «имеют более четкое представление о том, как этот стресс влияет на растение», — объясняет она. «У нас не было этой способности до того, как у нас появилась последовательность генома».