Больший наклон — лучше растение: расшифровка генетики угла листа для повышения урожайности
«Архитектура» сельскохозяйственных культур, или строение растения, сильно влияет на его продуктивность. Понимание её паттернов и лежащей в основе биологии может помочь повысить урожайность.
В новом исследовании, опубликованном в The Crop Journal, учёные из Китая углубились в генетическую основу архитектуры, используя рис (Oryza sativa) в качестве модели. Угол наклона листа (листовая инклинация) определяет его освещённость солнцем и, как следствие, фотосинтетическую способность.
Профессор Хунвэй Сюэ, руководивший исследованием, поясняет: «Листовая инклинация — важный признак, определяющий форму световоспринимающей части листа риса. Выявление генетических вариантов с углом листа, благоприятствующим идеальной архитектуре растения, может помочь в селекции более продуктивных сортов риса».
Известно, что несколько растительных гормонов, в частности ауксин и брассиностероиды (BR), регулируют угол наклона листа. Мутанты с дефицитом BR демонстрируют прямую архитектуру листьев, а растения риса со сниженным уровнем ауксина — увеличенный угол наклона. Однако точные механизмы этого взаимодействия оставались неизвестными.
Чтобы понять перекрёстную связь ауксин-BR, исследователи провели скрининг популяции риса с вставкой T-DNA и идентифицировали ауксин-нечувствительного мутанта arr1. Мутация была подтверждена геномным анализом. При обработке стимулятором ауксина мутантные растения показали значительно более низкие уровни факторов передачи сигнала ауксина, таких как OsIAA1, OsIAA9, OsIAA19 и OsIAA24, по сравнению с растениями дикого типа.
Мутант arr1 имел увеличенные углы листьев по сравнению с диким типом. Абаксиальные клетки (ближе к стеблю) в сочленении листа у мутанта были в два раза длиннее, чем у растений дикого типа, что способствовало увеличению наклона.
Генетический анализ показал, что у мутанта arr1 повышена экспрессия гена OsIAA6, что приводит к увеличению угла листа из-за усиления функции белка. Высокий уровень экспрессии OsIAA6 в сочленениях листовой пластинки также указывал на его роль в определении угла листа.
Исследование показало, что OsIAA6 регулирует угол наклона листа, подавляя фактор ответа на ауксин OsARF1. Кроме того, ключевой транскрипционный фактор пути передачи сигнала BR, OsBZR1, связывается с промотором OsIAA6 и регулирует его экспрессию, что указывает на роль OsIAA6 в перекрёстном взаимодействии путей ауксина и BR.
Эти результаты позволяют предположить, что OsIAA6 действует как связующее звено между путями передачи сигналов ауксина и BR в регуляции угла наклона листа. Это открытие может открыть новые пути для создания сортов риса с более высокой фотосинтетической эффективностью.
«Лучшие растения могут привести к лучшей жизни. Результаты нашего исследования могут способствовать лучшему пониманию роста растений и помочь в проектировании идеальных сельскохозяйственных культур», — комментирует профессор Сюэ.