Идентифицирован генетический фактор для создания более устойчивых растений в условиях стресса
Корни растений выполняют не только функцию якоря, но и роль "рта", поглощая, запасая и транспортируя воду и питательные вещества.
Исследователи из Университета Пенсильвании идентифицировали два белка, регулирующих, станет ли клетка корня волосковой (увеличивающей площадь поглощения) или не-волосковой. Растения с повышенной экспрессией одного из этих регуляторов успешно развивались в условиях дефицита ключевого питательного элемента — фосфора.
"Обычно растения при дефиците фосфора становятся меньше, что означает меньшую биомассу и снижение производства пищи и семян. Интригующе то, что сверхэкспрессия идентифицированного нами белка GRP8 позволила получить растения, которые демонстрируют значительно менее выраженное карликовое развитие при фосфорном голодании. Это именно тот фенотип, который нам нужен", — сказал Брайан Грегори, старший автор статьи.
Растения с увеличенным количеством волосковых клеток могут эффективнее поглощать воду из почвы, что также делает их устойчивыми к засухам, прогнозируемым в условиях изменения климата.
Методология и ключевые открытия
Исследование, опубликованное в Developmental Cell, было проведено на Arabidopsis thaliana. Используя метод PIP-seq, команда сравнила вторичную структуру РНК и взаимодействия с РНК-связывающими белками в чистых популяциях ядер волосковых и не-волосковых клеток.
Были выявлены два значимых белка:
- SERRATE — известный регулятор альтернативного сплайсинга и биогенеза микроРНК. Мутантные растения со сниженным уровнем SERRATE имели больше и более длинных волосковых клеток.
- GRP8 — белок, участвующий в реакции на стресс. Растения со сверхэкспрессией GRP8 также демонстрировали увеличенное количество волосковых клеток.
Результаты и перспективы
В условиях фосфородефицитной почвы растения со сверхэкспрессией GRP8:
- Активировали гены, усиливающие поглощение и транспорт фосфата.
- Показали увеличенное поглощение фосфата и большую биомассу по сравнению с обычными растениями.
"Мы получили более крупные и выносливые растения при фосфорном голодании. Мы полагаем, что это связано с функционированием GRP8 в пути ответа на фосфор, ведущем к увеличению образования корневых волосков", — отметил ведущий автор Шон Фоли.
Текущие исследования направлены на проверку этих результатов на культурных растениях. Создание сельскохозяйственных культур, требующих меньше фосфора, может снизить экологическую нагрузку от фосфорных удобрений на водные экосистемы.
Представленный подход также служит моделью для поиска посттранскрипционных регуляторов в различных биологических системах, процессах развития и стрессовых ответах.