Ген холодоустойчивости риса открывает новые возможности для селекции устойчивых сортов
Ген COLD6 способствует холодоустойчивости риса, что потенциально открывает путь к использованию молекулярного дизайна для выведения сорта с повышенной устойчивостью к холодовому стрессу. Работа опубликована 30 октября в журнале Molecular Cell.
"Холодовое повреждение — серьёзная проблема в производстве риса, и идентификация ключевых генов в сигнальных путях — важный шаг в её решении", — говорит старший автор исследования Кан Чон из Китайской академии наук.
Целью исследования было раскрытие молекулярного механизма реакции сельскохозяйственных культур на холодовой стресс для повышения холодоустойчивости путём молекулярного дизайна и стабилизации урожайности.
Низкие температуры представляют серьёзную угрозу для выращивания риса в 24 странах, так как уже более 15 миллионов гектаров посевных площадей страдают от переохлаждения из-за изменения климата.
Хотя известно, что температурные сенсоры запускают сигнализацию ионами Ca2+, о сенсорах, связанных с другими вторичными мессенджерами, известно меньше.
"Наше исследование выявило новый путь восприятия температуры в клетках. Мы обнаружили, что локализованный в плазматической мембране модуль COLD6-OSM1 запускает выработку сигнальной молекулы 2',3'-cAMP (помимо кальциевой сигнализации), чтобы инициировать защитную реакцию на низкую температуру", — поясняет Чон.
Механизм работы гена COLD6
Исследователи идентифицировали холодовой сенсорный комплекс, состоящий из COLD6 и осмотин-подобного белка (OSM1). В нормальных условиях COLD6 взаимодействует с α-субъединицей G-белка риса (RGA1) в плазматической мембране.
При понижении температуры OSM1 связывается с COLD6, вытесняя RGA1. Этот процесс, наряду с увеличением количества OSM1, приводит к повышению уровня 2',3'-cAMP, что в итоге усиливает холодоустойчивость риса. Эти сигнальные механизмы могут быть применимы и к другим культурам.
Практическое значение
Эксперименты показали, что нокаут и естественная вариация гена COLD6 в гибридном рисе повышают его холодоустойчивость. Полученные данные свидетельствуют, что аллельные вариации COLD6 играют роль в географической адаптации к температуре роста.
Результаты согласуются с молекулярными данными о доместикации риса, указывая, что значительное число одомашненных аллелей произошло от дикого риса в Южной и Юго-Восточной Азии.
"В целом наши результаты предлагают новые стратегии для селекции холодоустойчивых сортов риса. Понимание работы комплекса COLD6-OSM1 может помочь в выведении риса, стабильно дающего урожай даже при холодовых повреждениях, что крайне важно в условиях колебаний глобальных температур", — резюмирует Кан Чон.