В чём секрет выращивания устойчивых культур, способных выживать в суровых условиях? Исследователи из Университета Миссури добираются до сути вопроса — в прямом смысле слова.
Ученые из лаборатории Уолтера Гассмана в Центре биологических наук Бонда при Университете Миссури обнаружили, как специфический белок, известный как SRFR1, играет решающую роль в глубине роста корней растений под землёй. Также они нашли способ манипулировать этим белком, чтобы стимулировать рост более длинных корней — свойство, которое потенциально может помочь растениям лучше противостоять засухе.
Это достижение, опубликованное в журнале The Plant Cell, может проложить путь к созданию генетически модифицированных семян, позволяющих получать более устойчивые к неблагоприятным условиям культуры.
«В зависимости от условий окружающей среды растениям иногда необходимы более длинные или более короткие корни, и мы обнаружили, что этот белок помогает регулировать этот процесс. В периоды засухи растениям нужны более длинные корни, чтобы проникать глубже в почву в поисках воды или питательных веществ. Теперь, когда мы узнали, для чего нужен этот белок, мы можем управлять его действием, чтобы помочь растениям процветать в различных условиях», — сказал Гассманн, директор Центра биологических наук Бонда и профессор Колледжа сельского хозяйства, продовольствия и природных ресурсов.
В новом исследовании Гассманн и старший научный сотрудник Цзяньбинь Су обнаружили, что белок SRFR1 образует крошечные гелеобразные структуры в определенной части наружного корня. Эти рыхлые структуры, называемые конденсатами, образуются естественным образом, способствуя росту корня.
Исследователи поставили перед собой задачу генетически модифицировать этот белок, чтобы "усилить" процесс конденсации, в результате чего получились растения с более длинными корнями.
Используя инструмент искусственного интеллекта, предсказывающий структуру белка, исследователи определили, какие аминокислоты образуют связи между двумя молекулами SRFR1. Вооружившись этими знаниями, ученые выдвинули гипотезу, что замена этих аминокислот на структурно и химически отличающиеся может повысить способность белка к конденсации. Для проверки этой идеи команда разработала синтетический фрагмент отредактированного генетического кода и объединила его с ферментом ДНК-полимеразой в пробирке для получения новой, модифицированной ДНК.
Затем новая ДНК была введена в бактерию, которая помогает транспортировать новую ДНК в цветки растения, так что новая ДНК становится неотъемлемой частью семян растения.
«Используя Центр передовой световой микроскопии Университета Миссури, мы смогли увидеть, что наши генетически модифицированные растения образуют больше таких конденсатов во внешней части корня, что приводит к еще более длинным корням, чем у растений дикого типа. Суть в том, что как только мы лучше поймем эти организмы, мы сможем проектировать, разводить или изменять их таким образом, чтобы улучшить сельское хозяйство», — сказал Гассманн.
Растения невероятно сложны, и ученые до сих пор не знают точной роли всех их микроскопических белков. Гассманн посвятил последние четверть века раскрытию молекулярных секретов растений.
«Репутация Университета Миссури как лидера в области исследований растений, а также сотрудничество с исследовательскими группами в Центре биологических наук Бонда и Междисциплинарной группе по изучению растений делают это место прекрасным для процветания нашей работы», — сказал Гассманн.
Работа Гассмана как биолога растений включает в себя скрининг тысяч растений со случайными мутациями или белками, которые были деактивированы или «удалены», чтобы узнать больше о роли, которую они играют в развитии растения или его устойчивости к патогенам. В течение последних 20 лет он изучает роль белка SRFR1.
«Чтобы однажды помочь фермерам выращивать более устойчивые растения, особенно в засушливых районах, нам необходимо прежде всего лучше понимать лежащую в их основе клеточную биологию, и именно поэтому фундаментальные исследования в таком университете, как Миссури, так важны. Междисциплинарное сотрудничество между учеными в Центре биологических наук Бонда и по всему кампусу делает Миссури ведущим исследовательским университетом, и именно это подпитывает наш энтузиазм на будущее», — сказал Гассманн.
Источник: University of Missouri. Автор: Брайан Консильо.
На фото вы видите, как SRFR1 образует конденсаты в клетках верхнего бокового корневого чехлика (LRC). Источник: The Plant Cell (2025). DOI: 10.1093/plcell/koaf292
