Учёные обнаружили ген, который может помочь выращивать урожай быстрее
Исследователи из Кембриджского и Бордоского университетов открыли ген, который, как они надеются, можно будет использовать для расширения «узкого места» в транспортировке питательных веществ и потенциального увеличения урожайности сельскохозяйственных культур.
Повышение эффективности транспорта сахаров, белков и других органических питательных веществ между разными частями растения — один из подходов к устойчивому увеличению урожайности.
Команда профессора Ирьё Хелариутты из Sainsbury Laboratory Cambridge University (SLCU) и команда доктора Эммануэль Байер из Университета Бордо/CNRS открыли новый ген Phloem Unloading Modulator (PLM), который влияет на транспорт питательных веществ, изменяя каналы между соседними клетками растений — плазмодесмы.
Исследование, опубликованное в Nature Plants, показало, что у мутантных растений Arabidopsis thaliana без гена PLM высвобождалось больше веществ из флоэмы (специализированной ткани для дальнего транспорта) на кончиках корней. Используя флуоресцентный белок в качестве маркера для макромолекул, учёные увидели, что ген PLM явно контролирует объём разгрузки флоэмы.
Ведущий автор, доктор Давей Ян, объясняет: «Мы обнаружили, что мутация в PLM снимает транспортное «узкое место», которое ранее снижало движение питательных веществ из сосудистой системы к быстрорастущим тканям в корнях».
В результате повышенной разгрузки корни мутантных растений росли быстрее и длиннее.
Дальнейшие исследования также показали, что PLM участвует в биосинтезе сфинголипидов — класса липидов, связанных с развитием растений и реакцией на окружающую среду. Хотя команда доктора Байер ранее показала, что мембраны плазмодесм обогащены сфинголипидами, это первое исследование, связывающее сфинголипиды с функцией плазмодесм.
Команда использовала электронную томографию, чтобы создать 3D-карту каналов в нанометровом масштабе. Они обнаружили, что у растений без PLM присутствовали только плазмодесмы I типа, а не два типа, как обычно.
Андреа Патерлини, второй автор, отмечает: «Наши результаты бросают вызов предыдущим моделям. Плазмодесмы I типа, с очень узкой цитоплазматической щелью, на самом деле более проницаемы, чем плазмодесмы II типа с открытой щелью».
Профессор Хелариутта говорит: «Связь между функцией гена (биосинтез липидов) и изменением ультраструктуры плазмодесм, вероятно, является результатом дефекта в организации «растяжек», разделяющих плазматическую мембрану и эндоплазматический ретикулум внутри плазмодесм».
Остаётся много вопросов для будущих исследований, но эта работа продвигает понимание факторов, регулирующих транспорт питательных веществ в растениях. В конечном итоге эта информация может быть использована для более эффективного распределения питательных веществ между органами и направления их из стеблей и листьев в плоды и запасающие органы.