Неожиданная связь белка COI1 с ростом кукурузы открывает путь к созданию устойчивых сортов

Кукуруза — одна из важнейших зерновых культур, однако многие генетические механизмы, регулирующие её рост и развитие, остаются неизученными.

Новое исследование показало, что семейство белков COI1, ранее ассоциировавшееся с защитными механизмами у других растений (например, Arabidopsis и риса), в первую очередь регулирует рост у кукурузы. Это открытие может помочь в создании более продуктивных и устойчивых сортов.

У растений процессы роста и защиты часто находятся в конфликте. Белки JAZ подавляют гены защиты, а белки DELLA — гены роста. Белки COI балансируют эти процессы, разрушая JAZ.

Исследование сфокусировалось на шести белках COI у кукурузы, разделённых на две группы: COI1 и COI2. Были созданы мутантные растения, лишённые одного, двух или всех четырёх белков COI1. Однако мутанты, лишённые обоих белков COI2, оказались нежизнеспособными (летальными для пыльцы), что указывает на их ключевую роль в мужской репродукции.

Главной неожиданностью стали растения, лишённые всех четырёх белков COI1 (мутанты COI1-4x). «Эти мутанты демонстрировали значительно сниженный рост по сравнению с диким типом кукурузы, — сказала Лейла Фейз, первый и соавтор-корреспондент исследования, опубликованного в The Plant Cell. — Это противоречило моим ожиданиям, так как мутации COI обычно приводят к более высокому росту у других видов, например Arabidopsis и риса».

Дальнейший анализ показал, что белки COI1 кукурузы, возможно, приобрели новую функцию: разрушение белков DELLA, которые подавляют рост растений. По гипотезе Фейз, разрушая эти ингибиторы роста, COI1 позволяет кукурузе продолжать расти даже в условиях активной защиты при высоком уровне жасмоновой кислоты — гормона, которого много у растений в жарком и засушливом климате, где эволюционировали C4 растения (кукуруза, сахарный тростник).

Эта новая роль COI1 в регуляции уровня DELLA и роста может быть адаптацией, которая помогла кукурузе и, возможно, другим C4 растениям, процветать в таких условиях. Разделяя ответы роста и защиты, эти культуры могут поддерживать активный рост даже при стрессе.

Исследование началось почти пять лет назад с нескольких растений-мутантов, спасённых от заброшенного проекта. Лейла Фейз продолжила работу с этими семенами в лаборатории Георга Яндера в Boyce Thompson Institute, сотрудничая с другими учёными, включая Шань У, которая помогла проанализировать масштабный набор данных RNA-seq.

Эта работа открывает новые возможности для повышения устойчивости и продуктивности сельскохозяйственных культур, показывая, как фундаментальные исследования в биологии растений могут раскрывать удивительные эволюционные адаптации и вести к практическим достижениям в сельском хозяйстве.