Новый «атлас кукурузы» показывает, какие гены активны на каждом этапе роста растения

Новый атлас кукурузы, разработанный учёными из Университета Висконсин-Мэдисон и Университета штата Мичиган, поможет исследователям определить, какие из 50 000 генов кукурузы активно экспрессируются в различных частях растения на основных стадиях его развития. Атлас описан в выпуске The Plant Journal от 10 мая.

«Атлас — это, по сути, полная картина транскриптома растения. Он содержит информацию обо всех генах кукурузы — где и когда они экспрессируются», — говорит соавтор исследования Раджендип Сехон.

Подобные атласы уже существуют для риса и арабидопсиса и доказали свою пользу для поиска ключевых генов, участвующих в важных биологических процессах.

«Если вы заинтересованы в гене, который делает семя крупнее, вы ожидаете, что этот ген будет экспрессироваться в семени, но не в корне», — поясняет агроном Шон Кепплер, руководивший разработкой атласа. С новым атласом учёные могут проверить это и исключить гены-кандидаты, не соответствующие ожидаемой картине экспрессии.

Команда Кепплера протестировала атлас на примере вопроса о биотопливе. Они проанализировали все гены кукурузы, известные своим участием в биосинтезе лигнина — клейкоподобной молекулы, которая обеспечивает структурную поддержку растений, но мешает производству целлюлозного этанола. Оказалось, что хотя некоторые гены, производящие лигнин, активны во всём растении, другие экспрессируются избирательно в определённых тканях. Это указывает на возможность стратегического снижения содержания лигнина в нежелательных тканях без ущерба для общей целостности растения.

Для создания атласа команда вырастила более 600 растений кукурузы, ежедневно собирая образцы различных развивающихся тканей (корни, стебель, лист, обёртка, зёрна, початок, рыльца и метёлки) и мгновенно замораживая их в жидком азоте для сохранения РНК.

Затем они измерили уровни РНК в образцах, скомпилировали информацию в базу данных и интегрировали её в ресурс MaizeGBD — основной онлайн-ресурс для изучения генома кукурузы. Информация атласа свободно доступна всем на MaizeGBD.

«Прежде чем учёные начнут тратить время и деньги на ген, который, по их мнению, функционирует в корнях, початках или где-либо ещё, им действительно стоит сначала проверить атлас», — советует Сехон.

Исследование поддержано Центром биоэнергетических исследований Великих озёр (GLBRC), одним из трёх центров Министерства энергетики США, финансируемых для достижения прорывов в технологии целлюлозного биотоплива.