Учёные определили гены и механизм цветения сорго
Учёные из Национальной лаборатории Брукхейвен Министерства энергетики США и Университета штата Оклахома идентифицировали ключевые гены и механизм, контролирующие цветение сорго — важной биоэнергетической культуры. Результаты, опубликованные в журнале New Phytologist, предлагают стратегии для задержки цветения сорго, чтобы максимизировать рост растений и количество биомассы для производства биотоплива и биопродуктов.
Сорго хорошо подходит для устойчивого сельского хозяйства, так как может расти на маргинальных землях в полузасушливых регионах и устойчиво к высоким температурам. Его циклы роста и цветения регулируются продолжительностью светового дня. Как только растения начинают цвести, они прекращают рост, что влияет на накопление биомассы.
- Один природный сорт сорго может достигать почти 6 метров в высоту, переходя к фазе цветения только в конце лета, когда продолжительность светового дня уменьшается.
- Другие «нейтральные к длине дня» линии цветут раньше, достигнув около метра в высоту, производя меньше растительности, но больше зерна.
Для производства биоэнергии предпочтительны сорта с поздним цветением, чтобы растения дольше росли и накапливали биомассу в стеблях и листьях.
Исследование гена-репрессора SbGhd7
Исследователи изучили ген SbGhd7, ранее статистически ассоциированный с поздним цветением, но не проверенный экспериментально.
- Сорго, сконструированное для сверхэкспрессии этого гена (обильного производства его белка), не просто задерживало цветение — оно вообще не цвело.
- Это резко отличается от эффекта в рисе, где сверхэкспрессия аналогичного гена задерживает цветение лишь на 8–20 дней.
- Трансгенные растения сорго имели более чем вдвое большую биомассу, чем контрольные.
Механизм «главного регулятора»
Чтобы понять механизм, учёные использовали метод «транзиентного иммунопреципитации хроматина с секвенированием» (Transient ChIP-seq) на растительных клетках (протопластах). Метод показал, на какие участки геномной ДНК сорго связывается белок-репрессор SbGhd7.
Белок-репрессор связывался со множеством мишеней, включая гены, индуцирующие раннее цветение. Сверхэкспрессия этих генов-мишеней в сорго вызывала раннее цветение. Следовательно, белок SbGhd7 работает, выключая эти гены.
Учёные определили конкретный сайт связывания белка-регулятора: очень короткую последовательность ДНК в промоторе (включателе) каждого гена-мишени. Связываясь с этой последовательностью, репрессорный белок «переключает» эти активаторы цветения в выключенное состояние.
Белок SbGhd7 действует как «главный регулятор» для выключения цветения, напрямую и косвенно контролируя несколько активаторов, а не один, как предполагалось ранее.
Практические преимущества
Практическое применение этих открытий для создания нецветущего сорго может иметь дополнительные преимущества:
- Увеличенная биомасса для производства биотоплива.
- Сдерживание генов: растения без цветков и пыльцы не смогут передавать свои модифицированные гены другим родственным растениям. Это встроенное ограничение может помочь выполнить регуляторные требования для использования такой стратегии в реальном сельском хозяйстве.