Прорыв в области РНК позволил создать культуры, дающие на 50% больше картофеля и риса
Манипуляции с РНК могут позволить растениям давать значительно больший урожай, а также повысить их засухоустойчивость. Об этом объявила группа учёных из Чикагского университета, Пекинского университета и Гуйчжоуского университета.
В первоначальных тестах добавление гена, кодирующего белок FTO, к растениям риса и картофеля увеличило их урожайность на 50% в полевых испытаниях. Растения стали значительно крупнее, развили более длинные корневые системы и лучше переносили стресс от засухи. Анализ также показал, что у растений увеличилась скорость фотосинтеза.
«Изменения действительно драматические», — сказал профессор Чикагского университета Чуань Хэ, который вместе с профессором Гуйфан Цзя из Пекинского университета руководил исследованием. — «Более того, это сработало почти со всеми типами растений, которые мы пробовали до сих пор, и это очень простая модификация».
Исследователи возлагают надежды на потенциал этого прорыва, особенно в условиях изменения климата и других нагрузок на сельскохозяйственные системы во всём мире.
Как это работает?
Открытие связано с эпитранскриптомикой — областью, изучающей химические модификации РНК, которые регулируют экспрессию генов. В 2011 году лаборатория Хэ обнаружила ключевые механизмы такого регулирования у млекопитающих.
Учёные сосредоточились на белке FTO — первом известном белке, стирающем химические метки на РНК. Они вставили ген животного FTO в растения риса и с изумлением наблюдали за результатом.
«Думаю, именно тогда мы все поняли, что делаем что-то особенное», — сказал Хэ.
Рисовые растения в лабораторных условиях дали в три раза больше риса. В полевых испытаниях растения нарастили на 50% больше биомассы и дали на 50% больше риса. Они лучше фотосинтезировали и были устойчивее к засухе.
Учёные повторили эксперименты с растениями картофеля (из совершенно другого семейства) и получили те же результаты. «Это указывало на степень универсальности, которая была чрезвычайно захватывающей», — отметил Хэ.
Механизм действия
Учёты полагают, что FTO контролирует процесс, известный как m6A — ключевую модификацию РНК. FTO, стирая m6A, «приглушает» некоторые сигналы, которые заставляют растения замедлять и сокращать рост. В целом, модифицированные растения производили значительно больше РНК, чем контрольные.
«Кажется, у растений уже есть этот уровень регуляции, и всё, что мы сделали, — это подключились к нему», — пояснил Хэ. — «Следующий шаг — выяснить, как сделать это, используя существующую генетику растения».
Учёный видит множество потенциальных применений: от создания засухоустойчивых трав до деревьев с более длинными корнями, устойчивых к штормам.
Исследование опубликовано в журнале Nature Biotechnology.