Обнаружен генетический секрет «волосатых» корней растений
Ученые из Оксфордского университета и Центра Джона Иннеса обнаружили гены, контролирующие рост корневых волосков — «добывающей машины», которая делает одни растения более эффективными в поиске питательных веществ в бедных почвах, чем другие.
Открытие, которое может помочь создать сельскохозяйственные культуры, лучше обеспечивающие себя питанием и, следовательно, требующие меньше удобрений, опубликовано в Nature Genetics.
Известно, что при выращивании таких культур, как ячмень и пшеница, на почвах с низким содержанием фосфата растения с длинными корневыми волосками дают более высокий урожай, чем растения с короткими волосками. Аналогично, «длинноволосые» бобы на бедных тропических почвах Центральной Америки растут намного лучше коротковолосых сортов.
Корневые волоски, как крошечные «добывающие машины», проникают в почву, выделяя кислоты и другие вещества, которые разрушают минералы, высвобождая ценные для роста растений питательные вещества, такие как железо и фосфат.
Впервые ученые обнаружили механизм, контролирующий рост этих специализированных клеток. Они выяснили, что главный регуляторный ген RSL4 действует как переключатель: рост волосковых клеток происходит, когда ген включен, и останавливается, когда он выключен.
«Когда мы обнаружили, что RSL4 является главным регулятором роста волосков, мы предположили, что их усиленный рост в условиях дефицита фосфата может быть результатом включения этого гена. Наша догадка оказалась верной: выращивание растений в почвах, бедных фосфатом, включало ген, что приводило к росту очень длинных корневых волосков. Таким образом, этот ген не только ключевой регулятор роста, но и критически важный элемент механизма, который растения используют для адаптации к нехватке питательных веществ», — пояснил профессор Лиам Долан, руководивший исследованием.
Способность гена RSL4 усиливать рост корневых волосков открывает потенциал для создания селекционерами культур, способных расти на бедных почвах. Это может стать очень важным в условиях роста мирового спроса на продовольствие, поскольку большинство почв в Австралии, обширных регионах Африки к югу от Сахары и 30% почв Китая малопродуктивны из-за того, что растения не могут извлечь из них достаточное количество фосфата и железа.
«Мы надеемся, что в будущем этот ген можно будет использовать для выведения сортов растений, повышающих урожайность на бедных почвах. Это могло бы принести очевидную пользу сельскому хозяйству развивающихся стран. Кроме того, по мере роста стоимости удобрений нам потребуются культуры с более эффективным поглощением питательных веществ. Это также может уменьшить количество загрязняющего фосфата, попадающего в реки и озера», — отметил профессор Долан.
«Самое захватывающее в этом исследовании то, что мы начали с ответа на фундаментальный биологический вопрос — как организмы контролируют размер своих клеток — и в итоге обнаружили нечто, что может оказать важное влияние на мировое сельское хозяйство».