Открытие гена может ускорить создание быстрорастущих растений для биотоплива

Исследователи из Института геномных наук и политики Дьюка (IGSP) обнаружили, что изменение активности одного гена может усилить корневую систему многолетних трав и ускорить процесс создания биотоплива.

Многолетние травы, такие как просо прутьевидное и мискантус, являются важными культурами для производства биотоплива, поскольку их можно многократно скашивать. Однако перед первым сбором урожая корневой системе требуется время на укоренение.

"Обычно эти биоэнергетические культуры нельзя собирать до второго или третьего года, — говорит Филип Бенфи, директор Центра системной биологии IGSP. — Метод, улучшающий рост корней, может сыграть важную роль в сокращении времени до сбора урожая".

Команда Бенфи, по-видимому, нашла такой способ. Они использовали направленный геномный подход для поиска генов, которые активируются в момент, когда клетки перестают делиться и начинают приобретать характеристики зрелых, дифференцированных клеток.

Геномный поиск в корнях модельного растения Arabidopsis и последующий скрининг мутантных линий выявил один ключевой ген — UPBEAT1 (UPB1). Дальнейшие исследования показали, что UPB1 контролирует экспрессию генов ферментов пероксидаз.

Учёные установили, что эти пероксидазы регулируют баланс свободных радикалов между зоной пролиферации (деления) клеток и зоной их растяжения, где начинается дифференцировка. Хотя свободные радикалы чаще известны как вредные агенты, их баланс также важен для контроля перехода от пролиферации к дифференцировке у животных.

Когда исследователи экспериментально нарушили активность гена UPB1 в корнях, это изменило баланс свободных радикалов. В результате клетки дольше оставались в состоянии деления и продолжали расти. Такие растения развивали более быстрорастущие корни с большим количеством и размером клеток. Искусственное увеличение активности UPB1, наоборот, замедляло рост корней.

"Возможно, манипулируя всего одним геном, можно получить растение с ускоренным ростом", — отмечает Бенфи. Интересно, что UPB1 действует независимо от известных растительных гормонов, регулирующих баланс между делением и дифференцировкой клеток.

С инженерной точки зрения, возможность усилить рост, "отключив" ген, а не добавляя новый, особенно привлекательна. Это также указывает на то, что растения не реализуют свой полный ростовой потенциал, что логично, так как в природе им приходится искать компромисс, например, между ростом и размножением.

Помимо применения в производстве биотоплива, это открытие может привести к созданию более крупных и сильных растений, способных поглощать больше углекислого газа из атмосферы. Стартап Бенфи, GrassRoots Biotechnology Inc., уже приобрел патент на это открытие, планируя использовать его для разработки биотоплива нового поколения и усиления способности корневых систем к секвестрации углерода.