Открытие соединений, задерживающих цветение, может повысить урожайность

В условиях, когда изменение климата угрожает продовольственной безопасности, учёные ищут способы улучшить производство сельскохозяйственных культур. Экстремальные погодные условия и сдвиг сезонных циклов нарушают традиционное земледелие, делая технологии регуляции сроков развития растений особенно ценными.

Цветение — ключевой этап жизненного цикла растения. У многих видов для цветения весной необходим период воздействия холода (яровизация). После начала цветения растения перенаправляют питательные вещества из листьев на производство семян, что снижает пищевую ценность листовых культур. Механизмы, способные естественным образом приостановить или обратить эту фазу подготовки к цветению (деяровизация), оставались малоизученными.

Исследовательская группа под руководством доцента Макото Сиракавы из Научно-технологического института Нары (NAIST), Япония, изучила молекулярные основы деяровизации. Учёные идентифицировали новый класс малых молекул — деяровизаторы (DVRs), способные индуцировать деяровизацию без тепловой обработки у модельного организма Arabidopsis thaliana.

Результаты опубликованы в Communications Biology. Соавтором работы выступил Тосиро Ито из NAIST.

Ключевые открытия:

• Учёные проскринировали более 16 000 химических соединений и обнаружили пять DVRs, которые реактивировали экспрессию гена FLOWERING LOCUS C — ключевого супрессора цветения.
• Эти соединения, минимизируя специфические динамические модификации генов растения, могли задерживать цветение даже после индуцированной яровизации.
• Три из этих DVRs имели две критически важные структурные особенности — гидантоин-подобный регион и спиро-подобный атом углерода, необходимые для эффекта деяровизации.
• Был идентифицирован шестой, структурно более простой, но сохраняющий ключевые особенности, соединение — DVR06. Обработанные им растения демонстрировали задержку цветения без побочных эффектов.
• Полногеномный анализ показал, что DVR06 влияет на более специфичный набор генов по сравнению с тепловой деяровизацией, что подчёркивает его потенциал для регуляции цветения.

Значение и перспективы:

Макото Сиракава отметил: «Было хорошо известно, что применение тепловой обработки растений в полевых условиях трудоёмко и дорого. Поэтому я был очень взволнован, когда мы выяснили, что DVR06 оказывает более специфичное действие, чем тепловая обработка».

Открытие DVR06 и его механизма действия может открыть путь к новым агротехнологиям, позволяющим эффективно регулировать сроки цветения. Задержка цветения может помочь листовым культурам дольше сохранять питательную ценность, увеличивая урожайность и сокращая потери.

Тосиро Ито заявил: «Мы проведём дальнейшие исследования, чтобы изменить структуру DVRs и разработать соединения с большей активностью и специфичностью. Мы ожидаем, что результаты этих исследований приведут к созданию новых технологий для стабильного производства продовольствия в условиях изменяющейся глобальной среды».