Учёные выяснили генетический механизм, позволяющий растениям преодолевать экологические вызовы
Растения не могут переместиться в более благоприятное место, но успешно реагируют на изменения условий окружающей среды, часто изменяя характер своего роста.
Биологи растений из Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) обнаружили на генетическом уровне, как один вид травянистого растения реагирует на вызов, создаваемый тенью. Ключевую роль играет ген grassy tillers1 (gt1), экспрессия которого контролируется световыми сигналами.
Роль гена в кукурузе и её одомашнивании
Открытие роли gt1 имеет большое значение, так как сделано на кукурузе (маисе) — одной из важнейших мировых продовольственных культур. Этот генетический механизм, меняющий форму растения, проливает свет на то, как предок кукурузы из семейства злаков — теосинте — был одомашнен людьми в Мексике и Центральной Америке тысячи лет назад.
Современные растения кукурузы растут скученно, образуя маловетвистые стебли с одним-двумя крупными початками. Дикий предок теосинте был сильно разветвлённым растением с множеством боковых побегов (пасынков, или tillers).
"Одомашнивание маиса из его дикого предка теосинте привело к разительному изменению архитектуры растения, и этот факт послужил отправной точкой для нашей работы", — говорит профессор CSHL Дэвид Джексон, руководивший исследованием.
Взаимодействие генов и реакция на тень
У кукурузы с мутацией в гене gt1 образуется несколько пасынков. Это указывало, что нормальная экспрессия gt1 связана с подавлением их роста. Эксперименты подтвердили, что экспрессия gt1 повышается в условиях лабораторной имитации тени.
Другой ген, teosinte branched1 (tb1), также регулирует рост боковых побегов и активен в ответ на внутренние сигналы, указывающие на наличие тени. Эксперименты показали, что эти два гена действуют в общем пути:
- gt1 не активируется, если не активен tb1.
- tb1 может действовать без gt1.
Таким образом, gt1 находится ниже по цепочке (downstream) от tb1.
Следы отбора и перспективы
Сравнив последовательности гена gt1 у различных линий современной кукурузы и дикого теосинте, команда получила значимые доказательства того, что gt1 подвергался отбору в процессе одомашнивания.
"Понимание молекулярных механизмов, стоящих за этой модификацией, может теперь предоставить нам способ увеличить производство биомассы у свитчграсса (проса прутьевидного) или других потенциальных биоэнергетических культур", — добавляет Джексон.
Исследование опубликовано онлайн в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.