Генетики заставляют растения вегетировать круглосуточно

Учёные хотят научиться управлять биоритмами агрокультур и создать «вечнорастущие» сорта.

Испанские биологи открыли цепочку генов, связывающую гены роста и «биочасы» растений, и поменяли её работу в ДНК родича капусты таким образом, что он начал расти на протяжении всего дня и ночи (статья в журнале Current Biology). 

«Мы обнаружили, что белки PRR отвечают не только за работу внутренних «часов» растений, но и за подавление генов, связанных с их ростом. Теперь мы знаем, как биоритмы влияют на рост растений, что крайне важно с агрономической точки зрения». 

Гены, определяющие суточные ритмы человеческого организма, были выявлены ещё в 90-х годах минувшего столетия. Аналогичные гены присутствуют в геномах всех растений и животных. Эти участки ДНК управляют множеством процессов: временем сна и бодрствования, раскрытия цветков, поиска пищи и других периодических явлений в жизни живых существ. 

Учёные достаточно давно пытаются найти участки ДНК, связывающие биоритмы и гены роста в геномах представителей флоры, так как их открытие позволит создать «вечнорастущие» сорта сельскохозяйственных культур и решить проблему голода. 

Учёные сделали первый шаг к решению этой задачи, создав первый «сорт» арабидопсиса (Arabidopsis thaliana) - резуховидки Таля, дикого родича капусты, с подобными модификациями ДНК. 

Резуховидка Таля, как и многие другие растения, увеличивается в длину преимущественно в предрассветные часы, когда уровень влаги в почве и в воздухе оптимален для роста, и почти не меняется во время дня и в первую половину ночи. Процессом её роста «дирижирует» ген и белок PIF, чьи молекулы распадаются под действием света и накапливаются в клетках растений во время ночи. 

Учёные уже несколько лет гадают, почему PIF заставляет стебель арабидопсиса расти только в предрассветные часы, несмотря на то, что его концентрация становится высокой сразу после захода Солнца. 

Другие учёные уже раскрыли необычную связь между концентрацией PIF и другим белком, молекулой PRR1, одной из множества компонентов «биочасов» растений. Когда доля PRR1 в клетках растений была максимально высокой, «сигнал роста» почти полностью отсутствовал в них, и наоборот: когда в клетках присутствовали молекулы PIF, активность «биочасов» была максимально снижена.

Используя наработки коллег, испанские учёные попытались выяснить, какими цепочками генов управляют и PIF, и PRR1, и попытались найти их, наблюдая за изменениями в уровне активности различных генов в различное время суток. Как оказалось, за рост стебля арабидопсиса отвечает всего один ген, CDF5, работу которого стимулирует PIF и подавляет PRR1 и ряд других белков и генов, связанных с функционированием биоритмов растений. 

Когда учёные поменяли структуру CDF5, арабидопсис начал расти на протяжении всех суток, благодаря чему длина стебля такого ГМО-растения была примерно в 1,5-2 раза больше, чем у его диких сородичей. 

Генетики предполагают, что биочасы управляют аналогичным образом работой других генов, отвечающих за рост стебля, корней, плодов и цветов. Их модификация позволит повысить урожайность сельскохозяйственных культур и сделать флору более привлекательным источником биомассы для производства топлива и химикатов.