Как растения регулируют гены при дефиците железа

При дефиците железа растения активируют специальные генетические программы. Биологи из Университета Генриха Гейне в Дюссельдорфе (HHU) и Университета штата Мичиган (MSU) использовали методы искусственного интеллекта, чтобы научиться предсказывать регуляторные генетические последовательности. Результаты совместной работы опубликованы в журнале Plant Physiology.

Железо — важнейший нутриент для роста и выживания растений, участвующий в фотосинтезе и регуляции водного обмена. Растения поглощают его корнями, но оно должно присутствовать в достаточном количестве и в доступной форме.

Ранее было идентифицировано более 1000 генов в корнях растений, которые могут быть активны в ответ на дефицит железа. Конкретный генетический ответ координируют цис-регуляторные элементы (CREs). Команда под руководством профессора Петры Бауэр из HHU и профессора Шин-Хан Шиу из MSU разработала метод предсказания кандидатов в такие специфичные CREs, используя подход машинного обучения.

Этот подход помог исследователям идентифицировать около 100 кандидатов в CREs у модельного растения Arabidopsis thaliana (резуховидка Таля). На основе этих данных были определены транскрипционные факторы — специфичные CRE-связывающие белки, которые запускают и активируют ответ на дефицит железа в клетках корня.

Для оптимизации растениеводства важно понимать, как растение реагирует на стресс, и можно ли целенаправленно выводить более устойчивые сорта. «Селекционеры могут использовать идентифицированные CREs, чтобы целенаправленно повысить усвоение железа у новых сортов растений», — подчеркивает профессор Бауэр. Соавтор исследования доктор Бирте Шварц добавляет: «Таким образом можно обеспечить лучшее снабжение железом и лучшую адаптацию растений к бедным почвам».