Работа, опубликованная в журнале Nature Communications 24 мая 2017 года, может привести к повышению урожайности сельскохозяйственных культур и увеличению пищевых источников железа для животных и людей.«Почти вся жизнь на Земле основана на растениях — животные едят растения, а мы едим животных или растения», — говорит Вольфганг Буш, доцент Лаборатории молекулярной и клеточной биологии растений Солка и старший автор новой статьи. «Для нас очень важно понять, как растения решают проблему получения железа, потому что, хотя его обычно много на Земле, форма, которую растения могут использовать, на самом деле недостаточна».Текущая работа, возглавляемая Бушем и включающая исследователей из Австрийского института молекулярной биологии растений им.
Грегора Менделя (где раньше базировался Буш), была сосредоточена на хорошо изученном сорняке Arabidopsis thaliana, родственнике капусты и горчицы. Они получили семена арабидопсиса из штаммов, которые встречаются в природе по всей Швеции, где есть множество почв, в том числе некоторые с очень низким содержанием железа. Команда была особенно заинтересована в сортах, которые адаптировались к почвам с низким содержанием железа и могут вырастить длинный корень (показатель здоровья) даже в этих плохих условиях.Исследователи выращивали семена в условиях с низким содержанием железа, попутно измеряя рост их корней.
Затем они применили передовой метод под названием Genome Wide Association Study (GWAS), который связывает гены с интересующим признаком — в данном случае длиной корня. Ген, названный FRO2, был сильно связан с длиной корня. Различные версии гена FRO2 («варианты») разделились на две группы: те, которые были связаны с коротким корнем, и те, которые были связаны с длинным корнем.Чтобы выяснить, действительно ли варианты FRO2 вызывают разницу (а не просто связаны с ним), команда вырастила семена, ген FRO2 которых был деактивирован.
Все растения, у которых был деактивирован ген FRO2, теперь имели низкорослые корни. Затем команда вернула один или другой вариант гена и снова вырастила растения в условиях с низким содержанием железа.
Варианты с длинными корнями росли лучше, чем варианты с короткими корнями. Вместе эксперименты показали, что действительно генетические варианты, которые придают более высокую активность гена FRO2, могут в значительной степени отвечать за рост корней и здоровье растений в условиях низкого содержания железа. (В нормальных условиях FRO2 не активируется.)«Мы думали, что, используя географически ограниченный набор штаммов Arabidopsis thaliana, мы сможем решить проблему адаптации местных растений в отношении роста корней в условиях дефицита железа — и мы это сделали», — говорит Сантош Сатбхай, научный сотрудник Солка и первый автор статьи. «Мы надеемся, что эта информация принесет пользу сельскохозяйственному сообществу».Ген FRO2 является общим для всех растений, поэтому усиление его экспрессии в продовольственных культурах или поиск вариантов, которые хорошо растут на бедных почвах, могут быть важны для повышения урожайности сельскохозяйственных культур в условиях роста населения и угрозы глобального потепления для пахотных земель.
«По меньшей мере два миллиарда человек во всем мире в настоящее время страдают от недоедания, связанного с железом. Все, что мы можем сделать, чтобы улучшить содержание железа в растениях, поможет многим людям», — добавляет Буш.