Растительные гормоны для защиты от заразихи
Исследователи изучают роль растительных гормонов — стриголактонов (SL) — в рамках комплексного подхода к предотвращению заражения паразитическим растением Striga hermonthica. Их последняя работа опубликована в Science Advances.
Злаковые культуры выделяют SL, которые регулируют архитектуру растения и участвуют в других процессах, связанных с развитием и реакцией на стресс. SL, выделяемые корнями, привлекают микоризные грибы, снабжающие растение питательными веществами. Однако стриголактоны также стимулируют прорастание и инвазию паразитического растения Striga, что наносит серьёзный ущерб сельскому хозяйству, особенно урожаям злаков в Африке.
В важном открытии команда недавно показала, что канонические SL не влияют на архитектуру риса.
Исследователи использовали технологию CRISPR/Cas9 для создания линий риса без канонических SL и сравнили их с растениями дикого типа. Фенотипы побегов и корней не показали существенных различий между мутантами и диким типом, что указывает на то, что канонические SL не являются основными регуляторами архитектуры риса.
"Знание того, какие SL регулируют архитектуру растения и другие функции, такие как установление симбиоза с полезными микоризными грибами или обеспечение инвазии корневыми паразитическими растениями, позволит нам оптимизировать и конструировать один признак, не затрагивая другие", — объясняет Цзянь Ю Ван, постдок в лаборатории Аль-Бабили.
Исследование показало, что канонические SL действительно способствуют симбиозу с микоризными грибами и играют основную роль в стимулировании прорастания семян корневых паразитических сорняков.
"Снижение их уровня или даже полное отключение их биосинтеза может значительно уменьшить ущерб, причиняемый Striga и другими корневыми паразитическими растениями, не вызывая серьёзных изменений в архитектуре растения и не оказывая сильного негативного влияния на микоризацию", — говорит Ван.
Модуляция содержания SL с помощью генно-инженерного редактирования — это долгосрочное решение. Однако применение специфических ингибиторов биосинтеза SL может гораздо быстрее привести к созданию злаковых растений, лишённых канонических стриголактонов.
Команда занялась поиском химических веществ, ингибирующих биосинтез канонических SL в рисе. Они обнаружили, что химический ингибитор фермента TIS108 значительно снижает заражение Striga, не влияя на рост растений или урожайность зерна.
Они также протестировали действие TIS108 на индийском рисе и сорго — основных культурах в поражённых Striga регионах Африки. Снова было отмечено снижение активности прорастания Striga в корневых экссудатах обработанных растений.
Аль-Бабили заявляет, что прямое применение TIS108, а также использование генного редактирования представляют собой перспективные стратегии для снижения угрозы, которую Striga и другие корневые паразитические растения представляют для глобальной продовольственной безопасности.
"Мы очень рады этому открытию; его можно использовать для смягчения заражения Striga и получения новых направлений в биологии SL", — говорит он.
Группа сейчас изучает влияние TIS108 на жемчужное просо, стремясь улучшить архитектуру этого злака и повысить его устойчивость к Striga.
На основе своей структуры SL классифицируются как канонические или неканонические. Понимание роли каждого из этих подсемейств важно как для разработки устойчивых к Striga злаков, так и для конструирования архитектуры растений, отмечает Жюстин Браги, бывшая аспирантка в группе Салима Аль-Бабили, мирового эксперта в исследованиях стриголактонов и Striga.