Тысячи лет человек смотрел только на то, что растет над землей. Селекционеры отбирали самые крупные зерна и пышные колосья, забывая про «фундамент» растения — его корни. Теперь ученые из Австралии заявляют: из-за этого однобокого подхода без внимания остались многие полезные гены, которые могли бы спасти урожай в засуху.
Исследователи из Университета Квинсленда решили исправить эту историческую несправедливость и заглянуть под землю. Там они обнаружили настоящий «пульт управления» корнями — ген CEPR1. Оказалось, что он отвечает за архитектуру корневой системы почти у всех зерновых культур.
Ученые поняли, что, воздействуя на этот ген, можно перепрограммировать корни. Вместо того чтобы расти вширь, они начнут уходить вглубь — круто и узко, словно живые буры. Это позволит растениям доставать воду и питательные вещества из глубоких слоев почвы, которые раньше были недосягаемы, выживать в экстремально сухом климате без потери урожайности и эффективнее использовать удобрения, не давая им вымываться. Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of Experimental Botany.
Ричард Диксон, аспирант Университета Квинсленда, который работал над исследованием вместе с учеными из Австралийского национального университета, заявил: «Наша цель — использовать биотехнологии для создания растения с крутым, глубоким корневым строением, способного получать доступ к воде и питательным веществам в сложных условиях без существенного снижения урожайности. Мы считаем, что огромное количество генетического разнообразия было утрачено, потому что мы отбирали растения только по признакам, проявляющимся над землей».
«Предыдущие исследования нашей группы с использованием растения Arabidopsis, своего рода лабораторной крысы для исследований в области генетики растений, показали, что ген CEPR1 контролирует форму корневой системы и некоторые надземные признаки, такие как образование семян. В этом исследовании мы модифицировали растения Arabidopsis, чтобы получить версии гена CEPR1, обнаруженные в ячмене, рисе и кукурузе, и проверить, функционируют ли они аналогично. Было высказано предположение, что форма корневой системы может быть адаптирована к различным сценариям выращивания сельскохозяйственных культур и условиям окружающей среды, что позволит более эффективно использовать ресурсы», — говорит исследователь из Австралийского национального университета и соавтор исследования доктор Майкл Талески.
Как отмечают исследователи, результаты обнадеживают, поскольку они указывают на то, что генетический путь CEPR1 является перспективной мишенью для оптимизации корневых систем зерновых культур.
Диксон заявил, что, хотя первоначальная работа с геном многообещающая, существуют ограничения, которые необходимо будет устранить в ходе дальнейших исследований: «У ячменя отключение гена CEPR1 привело к снижению урожайности и появлению более крутых и узких корневых систем, как и у мутантов Arabidopsis. Мы также выращивали и собирали урожай генетически отредактированных растений в полевых условиях, чтобы подтвердить результаты, полученные в теплице, и сейчас занимаемся анализом данных».
Ученые намерены точно настроить этот сигнальный путь, а не просто отключить ген, чтобы создать корневые системы, способные достигать более глубоких слоев воды или питательных веществ, не влияя при этом на урожайность зерна.
Для этого они изучают возможность создания более глубоких корневых систем путем сочетания гена CEPR1 с другим целевым геном. Для сканирования корней они используют высокотехнологичные установки, созданные Международной научно-исследовательской группой (IRTG) Университета Квинсленда.
Исследование является частью проекта ARC Linkage, реализованного в сотрудничестве с компанией InterGrain.
Источник: University of Queensland. На фото: образцы растений в лаборатории. Автор фото: Меган Поуп, Университет Квинсленда.