Смещение баланса между ростом и защитой повышает урожайность сельхозкультур
Учёные из Лаборатории в Колд-Спринг-Харбор (CSHL) исследуют, как разместить больше зёрен на початке кукурузы. Один из способов повысить продуктивность растения — перенаправить часть его ресурсов с поддержания сверхготовой иммунной системы на усиленное производство семян. Команда под руководством профессора CSHL Дэвида Джексона обнаружила ген, который может помочь настроить этот баланс.
Чтобы выжить в дикой природе, растения должны постоянно быть настороже. С непредсказуемым набором бактерий, грибов и вирусов, скрывающихся в почве и воздухе, растение должно поддерживать мощную иммунную систему, готовую противостоять любой атаке. Эта бдительность имеет свою цену: энергия, потраченная на защиту от патогенов, не может быть использована для роста или производства семян. Но такой компромисс жизненно важен.
Для сельскохозяйственных культур ситуация иная. Кукуруза, растущая на тщательно обрабатываемом поле фермера, сталкивается с меньшим количеством угроз, чем то же растение в дикой прерии. В этой контролируемой среде растения могли бы ослабить свою антипатогенную защиту, но для этого потребуется генетическая настройка.
«Если мы сможем убедить растения, что им не нужно тратить много энергии на защиту, они смогут направить больше энергии на производство семян», — говорит Джексон.
В работе, опубликованной в Proceedings of the National Academy of Sciences, Джексон и его команда идентифицировали у кукурузы ген, который вносит вклад как в развитие растения, так и в контроль его иммунной системы. Манипулирование этим геном, по их словам, может стать способом увеличения урожайности сельхозкультур за счёт перепрограммирования того, как растение балансирует свои «инвестиции» в рост и защиту.
Растения кукурузы не могут выжить без этого гена, который называется Gß (произносится «джи-бета») и кодирует часть важного сигнального комплекса. Генно-модифицированные сеянцы, лишённые Gß, быстро буреют и погибают. Постдоки Цинъюй У и Фан Сюй установили, что это происходит потому, что растению нужен этот ген, чтобы держать свою иммунную систему под контролем. Без него гиперактивная иммунная система атакует собственные клетки растения.
Экспериментируя с десятками генетически разнообразных линий кукурузы, У и Сюй обнаружили, что в правильном генетическом контексте растения могут расти без Gß. Изучая эти растения, они выяснили, что Gß также влияет на размер меристем растения — резервуаров стволовых клеток, из которых берёт начало новый рост. Более того, команда связала естественные вариации в гене Gß с формированием початков с необычно большим количеством зёрен.
Джексон говорит, что результаты его команды указывают не только на участие Gß в процессах роста и иммунитета, но и на то, что он, вероятно, опосредует «перекрёстные помехи» между клеточными путями, контролирующими эти конкурирующие функции. Исследователи уже углубляются в изучение этих взаимодействий в надежде, что они станут ключом к созданию более урожайных культур.