Антагонистические гены контролируют рост риса
Учёные из Института Карнеги и их коллеги обнаружили, что растительный стероид заставляет два гена бороться друг с другом. Один подавляет другой, чтобы обеспечить нормальный рост листьев у риса и модельного растения Arabidopsis thaliana (родственника горчицы). Результаты, опубликованные 15 декабря 2009 года в журнале The Plant Cell, важны для понимания того, как управлять ростом и урожайностью сельскохозяйственных культур.
Уровни стероидов у растений отражают внешние и внутренние сигналы и контролируют многие процессы. Стероидные гормоны брассиностероиды (BRs) начинают своё действие на поверхности клетки и через молекулярную цепь передают сигналы в ядро, чтобы включить или выключить определённые гены, особенно те, что критически важны для регуляции роста и развития. Хотя о влиянии стероида на гены у Arabidopsis известно много, о культурах вроде риса было известно гораздо меньше.
Соавтор работы Чжи-Ён Ван из Департамента биологии растений Карнеги объяснил: «Мы знали, что стероид очень важен для активации генов, контролирующих рост клеток как у Arabidopsis, так и у риса. Одна из самых чувствительных реакций на стероид у риса — изгиб листа, вызванный расширением верхних клеток в месте соединения листовой пластинки и влагалища. Мы хотели определить, как стероид функционирует в рисе. Мы обнаружили, что стероид влияет на два гена, кодирующих белки, которые включают или выключают другие гены; они называются факторами транскрипции. У риса, когда ген Increased Leaf Inclination1 (ILI1) включён, он вызывает изгиб листа. Интересно, что мы обнаружили, что белок ILI1 также связывается с другим фактором транскрипции, IBH1, и подавляет его функцию. Когда белка ILI1 слишком много, листья чрезмерно изгибаются, и растение становится растрёпанным. Когда уровень IBH1 высок, рост клеток в сочленении останавливается, и рис становится очень прямостоячим, занимая меньше места. У нормальных растений риса баланс между ILI1 и IBH1 сдерживает рост».
Эта пара генов предоставляет уникальный инструмент для контроля угла наклона листа, что важно для урожайности, поскольку прямостоячие листья улучшают захват света и позволяют высаживать рис с большей плотностью для повышения урожая с гектара.
В ходе серии экспериментов исследователи определили, как взаимодействуют стероид и гены. Они обнаружили, что брассиностероид противоположным образом регулирует эти гены — ILI1 активировался, а IBH1 подавлялся. Таким образом, стероид смещает баланс между их белковыми продуктами, ILI1 и IBH1, инициируя рост клеток.
«Похоже, стероид заставляет гены IBH1 прекращать производство белка IBH1 и одновременно увеличивает производство белка ILI1, который снимает ингибирование роста клеток со стороны IBH1. Это гарантирует, что клетка вырастает до нужной длины в соответствии с уровнем стероида», — прокомментировал Ван.
Исследователи провели аналогичные эксперименты на горчице, которые показали, что стероид взаимодействует с её генами таким же образом. «Поскольку сходные гены делают то же самое у этих разных растений, этот процесс, вероятно, очень древний и встречается у многих высших растений. Чем больше мы узнаём о таких механизмах, тем ближе мы подойдём к лучшей инженерии сельскохозяйственных культур для питания растущего населения», — заключил Ван.