Ключевой белок кукурузы связан с более сильными и долговечными семенами
Новое международное исследование, проведенное под руководством Университета Кентукки, показывает, как единичное генетическое изменение помогает защищать семена кукурузы во время хранения. Это дает селекционерам четкую мишень для выведения сортов, которые дольше сохраняют жизнеспособность и уменьшают потери семян.
Исследование, опубликованное в The Plant Cell, сосредоточено на ферменте репарации поврежденных белков — Protein repair L-isoaspartyl methyltransferase 1 (ZmPIMT1). Ученые показали, как естественные вариации в регуляторной области гена, кодирующего этот фермент (участке ДНК, который контролирует количество производимой ZmPIMT1 мРНК и белка), влияют на устойчивость семян кукурузы к старению.
Команда обнаружила, что некоторые линии кукурузы несут версию этой регуляторной области, которая сильнее "включает" ZmPIMT1, помогая семенам лучше переносить стресс длительного хранения и суровых условий.
"Около 70% рациона человека поступает напрямую из семян, а большая часть остального зависит от животных, которых кормят семенами", — отметил Дауни. — "Если партии семян теряют всхожесть, затраты ложатся на фермеров, компании и потребителей".
Исследование выявило две основные версии регуляторной области ZmPIMT1 у различных линий кукурузы. Одна версия обеспечивает высокий уровень продукции мРНК ZmPIMT1, а другая содержит большую вставку ДНК, которая снижает экспрессию и, как следствие, ухудшает показатели семян при стрессе старения.
Семена с большим количеством белка ZmPIMT1 сохраняли более высокий процент всхожести и давали более здоровые проростки после тестов на ускоренное старение — стандартного метода оценки сохраняемости семян.
Клеточная "ремонтная бригада" ZmPIMT1
Со временем нормальные химические реакции повреждают белки внутри сухих семян, включая белки, необходимые для прорастания.
Вместо того чтобы утилизировать поврежденные белки и строить их заново, ZmPIMT1 помогает "исправить" дефектные участки, возвращая им рабочую форму. Это экономит энергию и поддерживает работу критических систем в первые часы прорастания.
ZmPIMT1 — это "ремонтный помощник" в семенах, который следит за белком PABP2. Этот белок помогает выбирать, какие из хранящихся мРНК будут превращены в новые белки, когда семя пробуждается и поглощает воду. Если PABP2 поврежден и не отремонтирован, семя не может быстро производить важные белки и теряет силу. Когда в семени больше ZmPIMT1, PABP2 работает лучше, и семя может переносить старение и все равно давать сильный росток.
"Это подтверждает то, что биологи семян называют 'правилом Иова'", — сказал Дауни. — "Если вы хотите, чтобы семя пережило сухое хранение, вы должны защищать и ремонтировать аппарат синтеза белка. Эта работа показывает, что у кукурузы ZmPIMT1 является основной частью этой защиты".
Линии кукурузы со сниженной экспрессией ZmPIMT1 показали худшие результаты после старения. Линии с повышенным уровнем ZmPIMT1 лучше выдерживали жесткие тесты на хранение.
Результаты дают селекционерам и семенным компаниям конкретный генетический маркер для отбора при выведении более устойчивых семян.
"Выбор линий с более сильным промотором ZmPIMT1 — это практический шаг к созданию партий семян, которые остаются надежными", — заключил Дауни.