С генами хищных растений: учёные хотят вырастить более устойчивые сельскохозяйственные культуры
С помощью генов хищных растений томаты, табак и другие культуры в будущем смогут лучше защищаться от патогенных грибов и насекомых. Международная команда исследователей получила грант от программы Human Frontier Science Program на изучение того, как гены, связанные с хищничеством (например, участвующие в пищеварении), могут помочь культурам не только избегать вредителей, но и процветать в условиях низкого содержания питательных веществ. Конечная цель — снизить зависимость от пестицидов и удобрений.
«Изучение растений может дать новые решения для благополучия человека через улучшение сельскохозяйственных культур. Ключевая задача — эффективно отобрать признаки и лежащие в их основе гены, которые выполняют схожие функции при переносе от растения-донора к растению-реципиенту. Мы полагаем, что некоторые гены, вовлечённые в хищничество — например, те, что участвуют в переваривании насекомых и в поддержании листовых поверхностей, препятствующих побегу насекомых, — могут помочь улучшить устойчивость культур к вредителям или создать сорта, способные расти на всё более распространённых эродированных и бесплодных почвах», — сказала Таня Реннер, доцент энтомологии в Penn State.
Хищные растения эволюционировали для получения питательных веществ в бедных средах. В процессе конвергентной эволюции эти признаки независимо развились у более чем 800 видов в разных частях света.
«Одна из наших целей — идентифицировать и охарактеризовать конвергентные гены, вовлечённые в хищничество, для трёх типов хищных растений: росянок, жирянок и кувшиночников. Это будет первое в своём роде широкомасштабное исследование ключевых генетических основ растительного хищничества», — отметила Реннер.
Росянки и жирянки — это «липучковые» растения, ловящие добычу липкими волосками на листьях. Кувшиночники используют ловушки-кувшины. У них есть клейкая, вязкоупругая пищеварительная жидкость, выделяемая специализированными желёзками.
«Нас интересует идентификация генов, лежащих в основе этого "клея", и возможность придать вязкоупругие свойства сельскохозяйственным растениям с железистыми волосками, таким как томат и табак», — сказала Реннер.
Белки из пищеварительных жидкостей хищных растений могут не только обеспечивать дополнительное питание, но и обладают антимикробными и инсектицидными свойствами. Поэтому другая цель команды — выяснить, могут ли эти белки отпугивать вредителей и обеспечивать питательные улучшения для культур, выращиваемых на почвах с низким содержанием необходимых элементов.
Исследователи планируют протестировать трансгенные растения в серии экспериментов:
- Для оценки способности отпугивать насекомых гусеницам табачного и томатного бражника позволят питаться листьями растений, а затем взвесят насекомых. Предыдущие эксперименты показали, что насекомые набирают меньше веса при попытке питаться листьями, содержащими эти белки.
- Чтобы определить, обеспечивают ли пищеварительные белки питательные улучшения, растения будут выращивать в почве с низким содержанием фосфатов, а затем измерять их биомассу.
«В целом наша цель — достичь доказательства концепции переноса признаков от хищных растений к сельскохозяйственным культурам с целью сокращения потребности в применении инсектицидов и удобрений», — подытожила Реннер.