Екологія
Ховаємо CO2 вчені виділили ген, що прискорює ріст коренів рослини
Дослідники виявили ген, що сприяє активному і значного зростання коренів. Тепер рослини з всеочисній зовнішнє середовище здатністю зможуть пов'язувати великі обсяги атмосферного вуглецю.
Відповідно до дослідження, зміни єдиного гена модельного організму в ботаніці - рослини арабідопсис (Arabidopsis thaliana) - сприяли більш швидкому і бурхливому зростанню кореневої системи. Це допоможе дослідникам виростити культури з поліпшеною здатністю зв'язувати великі обсяги атмосферного вуглецю. Ген та операції з ним описані в листопадовому виданні журналу Cell.
Збільшення кореневої системи означає, що великі обсяги викликає потепління клімату вуглецю може бути поховано, оскільки рослини вирощують кореневу систему, використовуючи атмосферне вуглець. З коренів вуглець переміщається в грунт, де він може залишатися тисячоліттями.
Рослини, що мають збільшену кореневу систему, можуть також вирішувати проблеми нестачі їжі і вирощування зернових в теплому сухому кліматі. Передбачається, що рослини з більшою кореневою системою більш посухостійкі.
Виникають також певні переваги для виробництва біопалива. Швидкозростаючі кореневі системи дозволять швидше закріплюватися новим рослинам, включаючи багаторічні трави, такі як просо прутовидне і міскант, що вважаються цінною сировиною для біопалива наступного покоління.
«У випадку з багаторічними рослинами, наприклад, часто не представляється можливим зібрати врожай в перший рік, так як для формування кореневої системи потрібно довгий час, - пояснює Філіп Бенфей, професор біології Дюкского університету і директор Центру системної біології та політики при Дюкского інституті. - Якщо генное модифікування рослини зможе зменшити час очікування, це буде величезною перевагою для фермерів ».
Вирощування тканин рослин є складним процесом із залученням багатьох генетичних факторів. Але коли група дослідників на чолі з Бенфей почала пошуки факторів, що мають найбільший вплив на формування коренів, вже була ідея, звідки почати. У арабидопсиса, як і більшості рослин, є особлива зона близько кінчика кореня, де стовбурові клітини переходять зі стадії бурхливого зростання в стадію видозміни в певний тип тканини. У цій зоні клітини зі стану швидкого ділення переходять у стан подовження, істотно збільшуючи свій обсяг - перша стадія видозміни. За словами Бенфей, вчені знали про існування такої зони, але не мали поняття, як контролюється процес.
Грунтуючись на попередній роботі, дослідники мали підстави вважати, що контроль відбувається за допомогою факторів транскрипції - білків, що регулюють експресію деяких генів шляхом прив'язування ДНК до певного розташування для стимулювання (або блокування) транскрипції інформації від ДНК до РНК. Також з попередньої роботи вони знали про гени, експресія яких в перехідній зоні була вищою, ніж де-небудь ще в клітці. «Ми зосередилися на відповідних у цій перехідній зоні генах, - пояснює Бенфей, - і серед цих генів ми виявили фактори транскрипції».
Вивчаючи рослина арабідопсис, у яких гени для цих факторів транскрипції були виділені селективно, вчені встановили єдиний фактор транскрипції, який в неактивному стані ставав причиною подовження коренів. Цей ген вони назвали UPBEAT1 (UPB1). Подальше дослідження встановило, що UPB1 регулює експресію трьох генів - пероксидази, які самі контролюють поширення в коренях двох хімічних речовин - перекису водню і супероксидів. Точне рівновагу між цими двома елементами контролює перехід клітини від розростання до подовження. На думку Бенфей, саме UPB1 виявився ключовим регулятором цього процесу.
Бенфей зазначив, що ці швидкорослі рослини є не результатом внесення нового гена, а швидше збільшення нормальної активності UPB1. «Ми зараз не говоримо про генетично змінених рослинах», - підкреслив учений. На практиці це означає, що такі рослини не стануть об'єктом численних нормативних актів, що регулюють використання генетично змінених рослин, і, відповідно, будуть недорогими для широкого впровадження.
Однак, практичне застосування ще не так близько, як хотілося б. Попередньо необхідно з'ясувати, чи можна використовувати відкриття в інших культурах, крім арабидопсиса.
Бенфей в цьому не сумнівається. Його компанія GrassRoots Biotechnology отримала патент на UPB1 і планує проводити подальші дослідження коренів з метою вирощування ще більш ефективних культур для виробництва біопалива. Бенфей вважає, що UPB1 - це перший з кількох можливих генів, що мають схожі функції. На його думку, коли вчені зможуть контролювати всі ці гени, можна буде повністю регулювати активність коренів, як сучасне сільське господарство змінило активність надземної частини рослин.
