Loading

Прячем CO2: ученые выделили ген, ускоряющий рост корней растения

Создано 25.11.2010 09:48
Автор: Евгений

Изменения единственного гена могут заставить расти быстрее корни растений для производства биотопливаИсследователи обнаружили ген, способствующий активному и значительному росту корней. Теперь растения с очищающей внешнюю среду способностью смогут связывать большие объемы атмосферного углерода.

В соответствии с исследованием, изменения единственного гена модельного организма в ботанике – растения арабидопсис (Arabidopsis thaliana) – способствовали более быстрому и бурному росту корневой системы. Это поможет исследователям вырастить культуры с улучшенной способностью связывать большие объемы атмосферного углерода. Ген и операции с ним описаны в ноябрьском издании журнала Cell.

Увеличение корневой системы означает, что большие объемы вызывающего потепление климата углерода может быть захоронено, так как растения выращивают корневую систему, используя атмосферный углерод. Из корней углерод перемещается в почву, где он может оставаться тысячелетиями.

Растения, имеющие увеличенную корневую систему, могут также решать проблемы нехватки пищи и выращивания зерновых в теплом сухом климате. Предполагается, что растения с большей корневой системой более засухоустойчивы.

Возникают также определенные преимущества для производства биотоплива. Быстрорастущие корневые системы позволят быстрее закрепляться новым растениям, включая многолетние травы, такие как просо прутьевидное и мискант, считающиеся ценным сырьем для биотоплива следующего поколения.

«В случае с многолетними растениями, к примеру, часто не представляется возможным собрать урожай в первый год, так как для формирования корневой системы требуется долгое время, - объясняет Филип Бенфи, профессор биологии Дюкского университета и директор Центра системной биологии и политики при Дюкском институте. – Если генное модифицирование растения сможет уменьшить время ожидания, это будет огромным преимуществом для фермеров».

Выращивание тканей растений является сложным процессом с привлечением многих генетических факторов. Но когда группа исследователей во главе с Бенфи начала поиски факторов, имеющих наибольшее влияние на формирование корней, уже была идея, откуда начать. У арабидопсиса, как и большинства растений, есть особенная зона около кончика корня, где стволовые клетки переходят из стадии бурного роста в стадию видоизменения в определенный тип ткани. В этой зоне клетки из состояния быстрого деления переходят в состояние удлинения, существенно увеличивая свой объем – первая стадия видоизменения. По словам Бенфи, ученые знали о существовании такой зоны, но не имели понятия, как контролируется процесс.

Основываясь на предыдущей работе, исследователи имели основания полагать, что контроль происходит при помощи факторов транскрипции – белков, регулирующих экспрессию некоторых генов путем привязывания ДНК к определенному местоположению для стимулирования (или блокирования) транскрипции информации от ДНК к РНК. Также из предыдущей работы они знали о генах, экспрессия которых в переходной зоне была выше, чем где-либо еще в клетке. «Мы сосредоточились на подходящих в этой переходной зоне генах, - поясняет Бенфи, - и среди этих генов мы выявили факторы транскрипции».

Изучая растение арабидопсис, у которых гены для этих факторов транскрипции были выделены селективно, ученые установили единственный фактор транскрипции, который в неактивном состоянии становился причиной удлинения корней. Этот ген они назвали UPBEAT1 (UPB1). Дальнейшее исследование установило, что UPB1 регулирует экспрессию трех генов – пероксидазы, которые сами контролируют распространение в корнях двух химических веществ – перекиси водорода и супероксидов. Точное равновесие между этими двумя элементами контролирует переход клетки от разрастания к удлинению. По мнению Бенфи, именно UPB1 оказался ключевым регулятором этого процесса.

Бенфи отметил, что эти быстрорастущие растения являются не результатом внесения нового гена, а скорее увеличения нормальной активности UPB1. «Мы сейчас не говорим о генетически измененных растениях», - подчеркнул ученый. На практике это означает, что такие растения не станут объектом многочисленных нормативных актов, регулирующих использование генетически измененных растений, и, соответственно, будут недорогими для широкого внедрения. 

Однако, практическое применение еще не так близко, как хотелось бы. Предварительно необходимо выяснить, можно ли использовать открытие в других культурах, кроме арабидопсиса.

Бенфи в этом не сомневается. Его компания GrassRoots Biotechnology получила патент на UPB1 и планирует проводить дальнейшие исследования корней с целью выращивания еще более эффективных культур для производства биотоплива. Бенфи считает, что UPB1 – это первый из нескольких возможных генов, имеющих схожие функции. По его мнению, когда ученые смогут контролировать все эти гены, можно будет полностью регулировать активность корней, как современное сельское хозяйство изменило активность надземной части растений.

Источник: Scientificamerican

Комментарии: