Управление растениями с помощью света: новая оптогенетическая система

Ученые из Университета Восточной Англии и их коллеги разработали метод управления различными процессами в растениях — например, их ростом — с помощью только лишь цветного света.

Исследование, опубликованное в журнале Nature Methods, показывает, как цветной свет можно использовать для включения и выключения определенных генов и контроля биологических процессов в растениях.

Разработка может привести к прогрессу в понимании того, как растения растут, цветут и адаптируются к окружающей среде, что в конечном итоге позволит повысить урожайность сельскохозяйственных культур.

Работа проводилась под руководством Университета Генриха Гейне и Кластера передового опыта в области наук о растениях (CEPLAS) в Дюссельдорфе в сотрудничестве с коллегами из Университета Фрайбурга и Университета Восточной Англии.

Преодоление ключевого препятствия

Доктор Бен Миллер из UEA пояснил, что ранее применение оптогенетики (использования света для точного контроля биологических процессов) в растениях было невозможно, поскольку растения естественным образом реагируют на свет в процессе роста. Любые генетические переключатели, управляемые светом, были бы постоянно активны.

Команда разработала специальную систему, которая решает эту проблему и позволяет контролировать различные клеточные процессы в растениях с помощью света.

Как работает система PULSE

Новый инструмент получил название PULSE (Plant Usable Light-Switch Elements). Он подходит для растений, растущих в нормальных циклах дня и ночи.

• Красный свет используется для запуска экспрессии гена в определенный момент.
• Фоновый белый свет служит «выключателем» для обращения процесса вспять.
• Этот цикл можно повторять многократно.

Перспективы применения

С помощью этой системы можно манипулировать физиологическими реакциями растений, например:

• Иммунным ответом
• Развитием и ростом
• Гормональной сигнализацией
• Реакциями на стресс

Доктор Миллер отметил: «Если эта система будет использоваться в сельскохозяйственных культурах, мы потенциально сможем улучшить защиту растений от патогенов и повлиять на повышение урожайности».

Использование света для контроля биологических процессов является гораздо менее инвазивным и более обратимым, чем использование химикатов или препаратов. Новая система открывает возможности для ответа на фундаментальные вопросы в биологии растений.