Два гена позволят регулировать высоту растений

Ученые обнаружили два гена, влияющих на высоту риса. Один из них ускоряет рост, другой тормозит. Если аналогичная система обнаружится и у других растений, она найдет применение в сельском хозяйстве — например, позволив создавать сорта, способные пережить высокий паводок.

В середине XX века селекционеры обычно пытались создавать сорта пшеницы или риса с короткими стеблями. Такие растения способны нести больше зерен, не падая под собственным весом. Позже биологи обнаружили, что эти сорта в определенные периоды своего развития вырабатывают меньше гормона, называемого гиббереллиновой кислотой, или не реагируют на этот гормон удлинением стебля.

Однако существуют и такие сорта риса, которые приспособились выживать во время длительных высоких паводков. Они выращиваются в дельтах рек Юго-Восточной Азии. При необходимости эти растения могут за день увеличить свою высоту до 25 сантиметров. Такие сорта стали объектом исследования специалиста по молекулярной генетике растений Мотоюки Асикари (Motoyuki Ashikari) из Университета Нагойи и его коллег. Согласно предыдущим исследованиям, при затоплении полей в тканях этих сортов риса накапливается этилен, который стимулирует выработку гиббереллиновой кислоты. Асикари и его коллеги решили выяснить генетический механизм регуляции роста риса.

Они сравнили ДНК одного сорта «глубоководного» риса с обычным сортом и обнаружили два гена. Один ген они назвали ACE1 (accelerator of internode elongation — «ускоритель удлинения междоузлий») и DEC1 (decelerator of internode elongation — «замедлитель удлинения междоузлий»). Эксперименты в теплицах показали, что в «глубоководном» рисе ACE1 включается, когда растения покрыты водой, стимулируя деление клеток в стеблях и помогая им расти. Но типичный мелководный сорт, имеющий мутацию в ACE1, не вытягивал стебель при затоплении. DEC1 был активен в мелководном сорте риса и сохранял активность, когда эти растения были затоплены, по существу играя роль тормоза роста стебля. Напротив, когда глубоководный рис подвергался затоплению, ген DEC1 прекратил экспрессию, что дополнительно способствовало росту стебля.

Если селекционеры или молекулярные биологи научатся контролировать эти два гена, они смогут регулировать высоту растений без необходимости изменять концентрацию гиббереллиновой кислоты. Асикари и его коллеги уже подтвердили наличие этих генов у сахарного тростника, ячменя и злакового растения коротконожки двуколосковой (Brachypodium distachyon), которое благодаря своему маленькому геному служит модельным организмом в экспериментах по генетике, клеточной и молекулярной биологии злаков. Ученые считают, что эта пара генов имеется и у многих других растений. Кукуруза, как выяснилось, имеет эквивалент гена ACE1, но другой ее ген лишь частично напоминает DEC1.

Исследование опубликовано в журнале Nature.