Wolffia, мельчайший вид ряски, не имеющий корней, является самым быстрорастущим растением, но генетика, лежащая в основе её успеха, до недавно была загадкой для учёных. Секвенирование генома позволило исследователям выяснить её уникальные особенности.
Учёные Института Солка сообщают о новых открытиях в геноме растения, объясняющих, как оно способно расти так быстро. Публикация в февральском номере журнала Genome Research за 2021 год помогает учёным понять, как растения находят компромиссы между ростом и другими функциями, такими как укоренение и защита от вредителей. Исследование значимо для разработки совершенно новых установок, оптимизированных для выполнения определённых функций, таких как увеличение накопления углерода, для решения проблемы изменения климата.
«Большой прогресс в науке достигнут благодаря организмам, которые действительно просты, как дрожжи, бактерии и черви», — говорит Тодд Майкл, первый автор статьи и профессор-исследователь в лаборатории молекулярной и клеточной биологии растений Солка. — Идея здесь в том, что мы можем использовать абсолютно минимальное растение, такое как Wolffia, чтобы понять фундаментальную работу того, что делает растение растением.»
Wolffia, которая растет в пресной воде на всех континентах, кроме Антарктиды, выглядит как крошечные плавающие зелёные пластинки, иногда почти шарики размером с маковку. У неё нет корней и только одна сросшаяся стебель-листовая структура, называемая листец. Размножается Вольфия подобно дрожжам, когда дочернее растение отпочковывается от материнского, способна за день удвоить биомассу.
Некоторые эксперты полагают, что Wolffia может стать важным источником белка для питания растущего населения Земли. Её уже едят в некоторых частях Юго-Восточной Азии, где она известна как khai-nam, что переводится как «водяные яйца».
Чтобы понять, какие адаптации в геноме Wolffia объясняют её быстрый рост, исследователи выращивали растения в светлых / тёмных циклах, а затем анализировали их, чтобы определить, какие гены были активны в разное время суток. (Рост большинства растений регулируется светлым и тёмным циклом, причём большая часть роста происходит в первой половине дня.)
«Удивительно, но Wolffia имеет только половину числа генов, которые регулируются светлыми/тёмными циклами по сравнению с другими растениями», — говорит Майкл. «Мы думаем, что именно поэтому она растёт так быстро. У неё нет правил, ограничивающих её рост».
Исследователи также обнаружили, что гены, связанные с другими важными элементами поведения растений, такими как защитные механизмы и рост корней, отсутствуют. «Это растение потеряло большую часть генов, которые ему не нужны», — добавляет Майкл. «Похоже, она эволюционировала, чтобы сосредоточиться только на неконтролируемом, быстром росте.»
«Данные о геноме Wolffia могут дать важное представление о взаимодействии между тем, как растения развивают свой план тела и как они растут», — говорит исследователь HHMI и профессор Джозеф Экер, который также является директором Лаборатории геномного анализа Salk и соавтором статьи. «Это растение обещает стать новой лабораторной моделью в изучении основных характеристик поведения растений, в том числе того, как гены влияют на различные биологические активности».
Одним из основных направлений работы лаборатории Майкла является изучение того, как выращивать новые растения с нуля, чтобы их можно было оптимизировать для определенного поведения. Исследование Вольфии расширило знания об основах биологии растений, приоткрыло потенциал улучшения сельскохозяйственных культур.
В рамках «обуздания растениями» учёные пытаются генетически оптимизировать растения, чтобы помочь справиться с угрозой изменения климата. Солк предложил делать растения более способными накапливать атмосферный углерод в корнях. См. Инициатива Обуздания Растениями, Harnessing Plants Initiative (HPI).
А Майкл планирует продолжить изучение Wolffia, чтобы узнать больше о геномной архитектуре развития растений, используя это упрощённое растение, чтобы понять связи, управляющие судьбой.
Отправить ответ