Учёные определили молекулярные элементы, регулирующие развитие корней

Исследователи из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории получили самый полный и первый в своём роде генетический набор данных о процессе укоренения у модельного злака Brachypodium distachyon. Это достижение приближает учёных к увеличению продуктивности сельскохозяйственных культур для растущего населения планеты и выращиванию растений для биоэнергетики.

Связь между генотипом корня (генетическими характеристиками) и его фенотипом (формой, морфологией) в процессе развития растения изучена недостаточно. Хотя внешние факторы влияют на размер и форму корней, на клеточном и молекулярном уровнях растения всё равно контролируют свой рост в ответ на внутренние факторы.

Используя фитотрон в Лаборатории наук об окружающей среде (EMSL), учёные проанализировали четыре стадии развития корней у Brachypodium distachyon — злака с коротким жизненным циклом. Результаты опубликованы в Scientific Reports.

Команда собирала корни на стадиях развития листа, раннего и позднего кущения, а также на стадии выхода в трубку/колошения. Для каждой стадии они отслеживали форму корня и количественно определяли экспрессию генов в клетках корней.

Исследование показало, что множественные биологические процессы, включая различные семейства транскрипционных факторов (TF) — «главных регуляторов» экспрессии генов — по-разному проявляли активность в корневой системе в ходе развития растения. В частности, пять членов семейств TF были ап-регулированы (количество рецепторов в клетке увеличилось), когда растение вступало в стадию выхода в трубку/колошения, а два других TF были даун-регулированы (рецепторов стало меньше). Это говорит о том, что семейства TF участвуют в определённых фазах укоренения, включая, возможно, регуляцию репродуктивных стадий растения.

Важность исследования можно свести к двум словам: пища и энергия.

Газоны, поля злаков и пастбища — всё это травы. А злаковые культуры — пшеница, рис, ячмень и кукуруза — входят в пятёрку основных культур, кормящих мир. Если их рост останется на нынешнем уровне, а население продолжит увеличиваться, нас ждёт нехватка продовольствия. Кроме того, сорго, тоже злак, критически важно для биоэнергетического будущего.

Таким образом, цель — научиться управлять растительными клетками в определённые моменты их жизненного цикла, чтобы контролировать продуктивность. Подобный подход может работать для контроля генов, способствующих росту корней, что позволит эффективнее превращать растения в биомассу.