Открытие нового пути регуляции стволовых клеток указывает путь к значительному повышению урожайности кукурузы и других культур

Биологи из Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) открыли новый регуляторный путь, объясняющий, как растения контролируют пролиферацию своих стволовых клеток. Открытие может привести к увеличению урожайности кукурузы и других основных сельскохозяйственных культур, возможно, до 50%.

Новый сигнальный путь

Новый путь уникален тем, что передает сигналы от периферии растения — молодых развивающихся листьев (примордиев) — к нише стволовых клеток (меристеме) на растущей верхушке.

Ранее был известен только канонический путь CLAVATA-WUSCHEL, который регулирует пролиферацию стволовых клеток изнутри самой меристемы, из её организующего центра (OC). В новом пути сигнал исходит из листьев, что потенциально позволяет растению реагировать на внешние условия (свет, питательные вещества, влагу), подавая "тормозной" сигнал меристеме.

Механизм "тормоза"

Команда профессора Дэвида Джексона идентифицировала в нижней части меристемы рецептор для этих сигналов из листьев, назвав его FEA3. Лигандом, взаимодействующим с рецептором, оказался белковый фрагмент FCP1.

Эксперименты с мутациями

  • При полной дисфункции рецептора FEA3 (из-за мутаций в гене FEA3) сигнал FCP1 не воспринимается. Стволовые клетки бесконтрольно размножаются, образуя слишком много семян, которые растение не может поддержать ресурсами. Это приводит к фасциации — деформации початков и низкому урожаю.
  • Использование "слабых аллелей" гена FEA3 привело к умеренному нарушению работы рецептора. Это вызвало управляемое увеличение числа стволовых клеток и формирование початков, значительно крупнее, чем у дикого типа.

Результат

Растения кукурузы со "слабыми аллелями" FEA3 давали початки с большим числом рядов зерен и общей урожайностью до 50% выше, чем у обычных растений.

Значение и перспективы

Поскольку путь FEA3-FCP1 высоко консервативен в царстве растений, это открытие открывает перспективу значительного повышения урожайности всех основных сельскохозяйственных культур. Перед применением в сельском хозяйстве планируются испытания новых аллелей fea3 на элитных сортах кукурузы и других культур.

Публикация: "Signaling from organ primordial regulates stem cell proliferation and maize yields, via the FASCIATED EAR3 receptor-like protein" (Nature Genetics, 16 мая 2016).

2016-05-16