эксклюзив
Оказывается, трава под ногами футболистов на чемпионате мира этого года может доставить главный приз культурным растениям
В новом исследовании ученых Университета Небраски в Линкольне, все направлено на то, чтобы раскрыть генетические секреты «футбольной травы» seashore paspalum, также известной как рaspalum vaginatum, которая в этом году выполняет роль газонного покрытия на чемпионате мира в Катаре, и применить эти устойчивые характеристики к кукурузе, пишет Памела Смит в статье, опубликованной на портале www.dtnpf.com.
…Коммерческая разновидность паспалума, выбранная для футбольных полей в Катаре, не боится практически ничего – ни шипов на бутсах футболистов, ни солености почвы, ни жары. Удобрения ей тоже не нужны. Это отличает паспалум от некоторых его близких родственников: кукурузы и сорго, а также других злаковых культур.
После секвенирования полных генетических структур, ученые обнаружили множество хитростей, лежащих в основе техники голодания растения. Более того, исследователям удалось воссоздать эти трюки на проростках кукурузы, которые отреагировали тем, что стали быстрее в развитии и крупнее других, немодифицированных проростков, лишенных питательных веществ.
«Наконец-то мы начинаем понимать, что делает пустынное растение таким устойчивым», — сказал Джеймс Шнабл, один из авторов исследования и профессор агрономии.
Этот вид действительно заинтриговал Шнабла и его коллег после визита в Инновационную оранжерею Небраски, где его смотрители, казалось, не уделяли особого внимания уходу за паспалумом. «Был период, когда пару месяцев никто не вспоминал о поливе паспалума, — рассказывает Шнабл. — Но растение было в полном порядке. На самом деле, оно обычно растет так быстро, что пытается вторгнуться в горшки с соседними растениями, и управляющему теплицей приходится постоянно напоминать об обрезке».
Гуанчао Сунь, выпускник докторантуры и бывший научный сотрудник в Небраске, тоже заинтересовался удивительной травой. Он решил проверить устойчивость паспалума с помощью эксперимента, сравнивая с кукурузой и сорго в лабораторном горшечном эксперименте. Когда кукурузе и сорго не давали азота или фосфора, они замедляли развития, а паспалум временем продолжал счастливо расти.
Лаборатория Шнабла также работала с Объединенным институтом генома Министерства энергетики США, Университетом Джорджии и Институтом биотехнологии HudsonAlpha над картированием генома вида. Успехи расчистили путь к детальному изучению толерантности «футбольной» травы.
Анализ генов и экспрессии генов показал, что трава реагирует на нехватку питательных веществ примерно удвоением производства сладкой молекулы, называемой трегалозой. Хотя кукуруза и сорго естественным образом производят часть этой молекулы, команда не увидела изменений в ее производстве среди двух культур, испытывающих недостаток питательных веществ.
Поскольку открытие показало, что трегалоза играет центральную роль в устойчивости растения, Сунь и его команда пошли дальше с вопросом: что, если, содержание трегалозы в кукурузе можно увеличить, так сказать, рукотворно? Но применение трегалозы непосредственно к урожаю оказалось неэффективным.
«Я стал думать дальше. Если я не могу обеспечить растения трегалозой, что, если я остановлю ее разложение в этих растениях?» — говорит Сунь.
Он обратился к антибиотику, который может ингибировать фермент, отвечающий за расщепление трегалозы. План сработал: сдерживание фермента повысило уровень трегалозы в кукурузе. Через несколько дней растения прибавили в росте независимо от подкормки. Эксперимент повторили несколько раз и кукуруза все равно реагировала одинаково.
Но у команды были основания подозревать, что толерантность также зависит от аутофагии — того, что Шнабл назвал «программой переработки» в растительных клетках, которая разбирает старые или поврежденные белки, а затем собирает их в новые, функционирующие. В конце концов, исследователи создали мутанта кукурузы, у которого не было возможности участвовать в заключительной стадии этой переработки. Даже при избытке трегалозы мутант не развивался при дефиците азота или фосфора, отмечая аутофагию как столь же важный аспект устойчивости.
Ученые уверены, что вскоре смогут идентифицируют гены, кодирующие более высокую трегалозу. «И если бы мы смогли внедрить нужных геномный пул в элитные сорта кукурузы, например, в урожайные и зависимые от удобрений, мы получили бы как высокую урожайность, так и высокую устойчивость. Это был долгий путь. Честно говоря, это также повысило и мою устойчивость», сказал Сунь.
На данный момент ученые наслаждаются радостью признания — исследование команды принято для публикации в Nature Communications.
(Источник: www.dtnpf.com. Автор: Памела Смит. Фото: Наталья Шаповалова).