Молекулярная основа развития боковых корней у риса
Способность растений риса изменять свою корневую систему для адаптации к условиям влажности почвы — яркий пример фенотипической пластичности. Однако точный механизм этого явления оставался неизвестным. Международная группа исследователей из Японии, Австралии и Филиппин определила роль двух генов семейства WUSCHEL-related homeobox (WOX) в контроле размера корневого примордия боковых корней.
Рис обычно формирует два типа боковых корней, отходящих от первичного корня: короткие и тонкие S-типа или длинные и толстые L-типа. Различия в их фенотипе обеспечивают разные функции: корневая система L-типа лучше подходит для поглощения воды в условиях засухи или осмотического стресса. Тип системы боковых корней зависит от их диаметра на стадии корневого примордия (самой ранней стадии развития корневой ткани). Однако молекулярная основа этих различий в размере примордия не была известна.
В новом исследовании, опубликованном в Proceedings of the National Academy of Sciences, команда, включающая Цубасу Каваи, Акиру Ямаути и Ёсиаки Инукаи из Университета Нагои, попыталась лучше понять генетические факторы, влияющие на размер примордия боковых корней риса. Профессор Ямаути отмечает важность работы: «Поскольку тип бокового корня, определяемый размером его примордия, является важным фенотипическим признаком для роста и поддержания растений риса в изменяющихся водных условиях, наше исследование даёт важную информацию для повышения устойчивости риса к стрессам окружающей среды через пластичное развитие корней».
Команда провела серию экспериментов по удалению кончиков корней зародышевого (семенного) корня. Они обнаружили, что удаление кончика корня у мутантного растения с дефектом гена для корней S-типа индуцировало больше корней L-типа, чем у растений дикого типа. Генетический анализ этого растения показал, что за это явление ответственен ген QHB/OsWOX5.
Дальнейший анализ позволил исследователям обнаружить, что в корнях L-типа сверхэкспрессируется ген OsWOX10 из семейства белков WOX. Учёные установили, что сверхэкспрессия OsWOX10 увеличивает диаметр корней L-типа, а мутации в этом гене влияют на толщину боковых корней L-типа, что указывает на его роль в опосредовании их развития. Его экспрессия оказалась обратно связана с активностью QHB: мутации в QHB приводили к увеличению числа боковых корней L-типа у линии дикого типа.
На основе этих результатов был сделан вывод, что размер примордия боковых корней действительно находится под влиянием двух важных генов семейства WOX — QHB и OsWOX10, которые играют противоположные регуляторные роли.
Профессор Инукаи выражает надежду на потенциальное применение этого открытия: «Улучшение фенотипической пластичности корней — ключ к повышению урожайности сельскохозяйственных культур за счёт более эффективного поглощения воды. Наши результаты могут привести к созданию новых сортов риса с устойчивостью к засухе и способствовать обеспечению устойчивого производства риса для растущего населения мира».