Вчені розшифрували генетику кута нахилу листя рослин

«Архітектура сільськогосподарських культур» або конструкція сільськогосподарських культур може вплинути на їх продукцію. Таким чином, виявлення закономірностей будови сільськогосподарських культур і біології, що лежить в їх основі, може допомогти підвищити продуктивність сільського господарства.
«Нахил аркуша — важлива риса, що визначає форму світлоприймальної частини аркуша рису. Ідентифікація генетичних варіантів з кутом листа, що сприяє ідеальній архітектурі рослин, може допомогти в селекції сортів рису з більш високою продуктивністю та підвищенням урожайності».

Рослини віками були основним джерелом нашої їжі. За швидкого зростання населення постійно зростає попит на продукти харчування. Оскільки кількість сільськогосподарських угідь обмежена, задоволення цього зростаючого попиту необхідно знайти способи підвищити врожайність продовольчих культур з допомогою існуючих культивацій.

У новому дослідженні, опублікованому в The Crop Journal, група дослідників з Китаю заглибилася в генетичні основи архітектури сільськогосподарських культур, використовуючи рис як модельну систему рослин. Листя є основним місцем фотосинтезу, процесу, з якого рослини перетворюють енергію світла на хімічну енергію як їжі. Крім того, «нахил листа» або кут, під яким лист виходить зі стебла, визначає його вплив сонячного світла та, у свою чергу, його здатність до фотосинтезу. У своєму дослідженні дослідники виявили генетичні фактори, які контролюють нахил листя рису, Oryza sativa. Професор Хунвей Сюе, який керував дослідженням, дає повніше уявлення про наслідки своєї роботи і пояснює:

Відомо, що кілька рослинних гормонів, зокрема «ауксин» та «брассіностероїди» (БР), регулюють нахил листа. Цікаво, що мутанти з дефіцитом BR демонструють прямостоячу архітектуру листя зі зменшеним нахилом, у той час як рослини рису зі зниженим рівнем ауксину демонструють підвищений нахил листя. Було показано, що ауксину мутанти зі зміненим кутом нахилу листя демонструють змінені відповіді BR. Однак точні механізми, що керують цими ефектами, залишаються невідомими.

Щоб зрозуміти перехресні перешкоди ауксину та BR, дослідники розпочали зі скринінгу популяції інсерцій Т-ДНК рису та ідентифікували нечутливий до ауксину мутант arr1. Мутацію було підтверджено за допомогою геномного аналізу. Функціонально при обробці стимулятором ауксину мутантні рослини показали значно нижчі рівні сигнальних факторів ауксину, таких як OsIAA1, OsIAA9, OsIAA19 та OsIAA24 порівняно з рослинами дикого типу.

Потім вони порівняли нахил листа та з'єднання пластинок (область, що з'єднує листову пластинку та піхву/стебло) рослин дикого типу та arr1. Примітно, що мутант arr1 мав збільшені кути листя, порівняно з диким типом. Крім того, адаксіальні клітини (клітини, розташовані ближче до стебла) у місці з'єднання листя мутанта були вдвічі довшими, ніж у рослин дикого типу, що сприяло більшому нахилу.

Генетичний аналіз показав, що мутант arr1 показав підвищену експресію гена OsIAA6, що призвело до збільшення нахилу листа через функцію білка. Виразно високий патерн експресії OsIAA6 у суглобах пластинок також вказує на його роль у визначенні кута листа.

Вивчаючи взаємодіючих партнерів OsIAA6, дослідники виявили, що OsIAA6 регулює нахил аркуша, пригнічуючи фактор відповіді на ауксин OsARF1. Більш того, вони виявили, що OsBZR1, ключовий фактор транскрипції в сигнальному шляху BR, зв'язується з промотором OsIAA6 і регулює його експресію, вказуючи на роль OsIAA6 у перехресних перешкодах ауксин-BR шляху.

Ці дані свідчать про те, що OsIAA6 діє як сполучна ланка між сигнальними шляхами ауксину та BR в опосередкуванні нахилу листя, що може відкрити нові можливості для створення сортів рисових культур з більш високою ефективністю фотосинтезу.

Це, безумовно, крок уперед у збільшенні виробництва рису, основного продукту для більшості людей.

«Найкращі рослини можуть призвести до кращого життя. Результати нашого дослідження можуть сприяти кращому розумінню росту рослин та допомогти у розробці ідеальних культур», - коментує професор Сюе.
John Dou