Ген фотосинтеза поможет растениям расти в неблагоприятных условиях
Исследователи из Оксфордского университета идентифицировали ген, который помогает растениям оставаться здоровыми в условиях стресса. Его присутствие помогает растениям переносить такие факторы среды, как засуха, и может помочь создать сельскохозяйственные культуры, лучше противостоящие неблагоприятным условиям.
В условиях стресса, например, засухи, фотосинтез в хлоропластах может приводить к образованию токсичных для растений активных форм кислорода (АФК), вызывающих повреждения или гибель.
Развитие хлоропластов контролируется геном SP1, который регулирует транспорт белков фотосинтеза через внешнюю мембрану хлоропласта. Профессор Пол Джарвис предположил, что этот ген может использовать эту способность, чтобы помочь растениям выживать во враждебных условиях.
Команда провела эксперименты с тремя версиями растения резуховидки Таля (Arabidopsis thaliana):
Растения подвергали стрессовым условиям: высокой концентрации соли, засухе и действию гербицида параквата (который стимулирует выработку токсичных АФК). Во всех случаях мутантные растения без SP1 не развивались. Растения с гиперэкспрессией SP1 были более устойчивы, чем обычные растения, что указывало на ответственность SP1 за устойчивость.
Исследователи также обнаружили, что у мутантных растений накапливался пероксид водорода (распространённая АФК), в то время как у растений с гиперэкспрессией SP1 его уровень был очень низким. «Производство токсичных соединений было снижено до фонового уровня — казалось, растения вообще не испытывали стресса», — объясняет профессор Джарвис.
Другие эксперименты показали, что SP1 на молекулярном уровне значительно снижает транспорт белков фотосинтеза в хлоропласт у растений-гиперэкспрессоров. Это демонстрирует, что SP1 снижает производство токсичных соединений, ограничивая фотосинтез в стрессовые периоды.
Открытие предполагает, что можно создавать культуры, способные легче расти в суровых условиях. «Все растения имеют ген SP1. Теперь вопрос лишь в том, чтобы заставить растения гиперэкспрессировать его», — говорит профессор Джарвис.
Команда сейчас работает с пшеницей, рисом, томатами и капустными, чтобы установить, можно ли применить их открытие к более широкому спектру растений.
Исследование «Regulation of Chloroplast Protein Import by the Ubiquitin E3 Ligase SP1 is Important for Stress Tolerance in Plants» опубликовано в журнале Current Biology.