Исследование механизма образования запасающих органов у растений

Понимание того, как растения образуют запасающие органы, которые человек использует в пищу, — важная научная задача для обеспечения продовольственной безопасности. Картофель — четвёртая по значимости продовольственная культура в мире.

Ключевая гипотеза: Сигналом для начала образования клубней у картофеля служит мобильная молекула рибонуклеиновой кислоты (RNA), которая перемещается из листьев в подземные стебли.

  • Сигнальная молекула: Полноразмерная мобильная RNA, кодирующая белок BEL5.
  • Активация: Ген BEL5 активируется солнечным светом в листе. Укорачивание светового дня индуцирует начало движения этой RNA.
  • Функция: Белок BEL5 действует как главный переключатель, активирующий другие гены, которые запускают процесс образования клубней и синтеза крахмала.

Экспериментальное подтверждение: Искусственное сверхэкспрессирование RNA BEL5 в растениях картофеля приводит к образованию большего количества клубней за более короткий срок.

Текущие задачи исследования:

  1. Выяснить, как именно сигнальная RNA перемещается по растению. Предполагается, что в этом участвуют RNA-связывающие белки, которые защищают молекулу и доставляют её к месту назначения.
  2. Идентифицировать и охарактеризовать белки, которые распознают мобильные RNA и облегчают их транспорт.

Значение работы:

  • Фундаментальное: Мобильные полноразмерные RNA, преодолевающие большие расстояния в растении и действующие как сигналы развития, — новая концепция в биологии растений. Данная система служит моделью для понимания их транспорта.
  • Прикладное: Понимание этого механизма может быть использовано для повышения урожайности картофеля — самой продуктивной культуры по калориям с гектара, являющейся ключевым продуктом во многих развивающихся странах.

Финансирование и участники: Исследование поддержано грантами NSF и Министерства сельского хозяйства США на сумму $3.15 млн. В команду входят специалисты по RNA, транспорту в растениях и биохимии из Университета штата Айова, Университета Кейс Вестерн Резерв и Калифорнийского университета в Дэвисе.