Ген, необходимый для роста корневых волосков и поиска нитратов, обнаружен у злаков

Ученые обнаружили ген растений, который управляет ростом корневых волосков — крошечных структур, помогающих растениям находить воду и питательные вещества в почве.

Ген, названный «BUZZ», был идентифицирован командой под руководством исследователя из Университета штата Вашингтон Карен Сангинет. Он вызывает формирование более быстрорастущей и плотной сети корней и, возможно, также определяет, как растения находят и используют нитраты — ключевой источник азота, необходимого для роста растений. Нитраты также используются в удобрениях, которые могут загрязнять окружающую среду со стоком. Это генетическое открытие в конечном итоге может помочь ученым найти способы выращивать сельскохозяйственные культуры более устойчиво.

«Сток нитратов и эффективность использования азота — одни из важнейших проблем, стоящих перед сельским хозяйством», — сказала Сангинет. — «Если понять генетические механизмы, контролирующие поглощение и сигнализацию нитратов, а также то, как растения могут лучше их использовать, это будет полезно для сельского хозяйства, почвы, воды, применения удобрений и всего азотного цикла».

Исследование, опубликованное в журнале New Phytologist, показало, что ген BUZZ регулирует рост корней — как скорость, так и инициацию боковых корней — в ответ на концентрацию нитратов в окружающей почве.

«Экспрессия гена BUZZ усиливается в ответ на нитраты, мочевину и аммиак, предположительно для того, чтобы корни могли найти азот в почве», — пояснила Сангинет. — «Потеря гена приводит к фенотипу корней, активно исследующих почву, даже когда запас нитратов обилен».

Ген экспрессируется на очень низком уровне и ранее никогда не описывался, что затрудняло его поиск.

«Для такой чувствительной реакции растению нужен ген, который работает тонко и находится под строгим контролем. Именно поэтому его было так трудно найти», — отметила Сангинет.

Важно, что ген был идентифицирован в модельном злаковом растении, так как его функция, вероятно, консервативна из-за сходства последовательностей у злаков. Следовательно, это применимо к таким культурам, как пшеница, рис, кукуруза и ячмень. Эти культуры жизненно важны для питания населения мира, поэтому ген, способный повысить их способность находить и использовать нитраты, может оказать большое влияние.

Теперь, когда исследователи обнаружили и подтвердили биологическую роль гена BUZZ, они углубляются в изучение этого нового механизма.

«Половина дела — добраться до этой точки», — сказала Сангинет. — «Теперь мы находим интересные детали о том, как растения используют этот ген, что очень специфично для нитратов и корневых систем. Выяснение того, как работают растения, — это радость, ради которой мы это делаем».

Сангинет изучает как сельскохозяйственные, так и модельные виды. Модельные виды полезны, потому что они закладывают основу для работы с культурами, которые часто трудно трансформировать и изучать функции конкретных генов. Она надеется, что такие открытия, как этот ген, приведут к возобновлению интереса к фундаментальным исследованиям.

«Мы надеемся, что люди поймут, что есть место для открытий», — сказала Сангинет. — «Если не проводить фундаментальную науку, которая закладывает основу для изучения молекулярно-генетических механизмов роста, это не позволит провести прикладные исследования, имеющие более прямой эффект. Это часть общей дуги исследований. Это отличное начало работы, которая может быть очень важной, и я рада продолжать двигаться вперед».

Исследование возглавили два аспиранта из лаборатории Сангинет: Тиль Леман и Мигель Росас. Сангинет и ее коллеги из WSU работали с учеными из Университета штата Южная Дакота, Северо-Восточного педагогического университета в Китае и Массачусетского университета в Амхерсте.