Кроме того, результаты, опубликованные в Cell 11 июля 2019 года, также позволят исследователям разрабатывать растения, которые могут помочь в борьбе с изменением климата, в рамках инициативы Salk’s Harnessing Plants Initiative. Инициатива направлена на выращивание растений с более прочными и глубокими корнями, которые могут дольше накапливать повышенное количество углерода под землей, чтобы уменьшить выброс CO2 в атмосферу.
Инициатива Salk получит более 35 миллионов долларов от более чем 10 частных лиц и организаций через Audacious Project для дальнейшего развития этой инициативы.
«Мы невероятно взволнованы этим первым открытием на пути к реализации целей Инициативы по использованию растений», – говорит доцент Вольфганг Буш, старший автор статьи и член Лаборатории молекулярной и клеточной биологии растений Солка, а также ее интегративной лаборатории.
Биологическая лаборатория. «Снижение уровня CO2 в атмосфере – одна из величайших проблем нашего времени, и лично для меня очень важно работать над решением."
В новой работе исследователи использовали модельный кресс-салат (Arabidopsis thaliana), чтобы идентифицировать гены и их варианты, которые регулируют работу ауксина, гормона, который является ключевым фактором в управлении архитектурой корневой системы.
Хотя известно, что ауксин влияет почти на все аспекты роста растений, неизвестно, какие факторы определяют, как именно он влияет на архитектуру корневой системы.
«Чтобы лучше видеть рост корней, я разработал и оптимизировал новый метод изучения корневой системы растений в почве», – говорит первый автор Такехико Огура, научный сотрудник лаборатории Буша. "Корни A. thaliana невероятно малы, поэтому их нелегко увидеть, но, разрезав растение пополам, мы могли бы лучше наблюдать и измерять распределение корней в почве."
Команда обнаружила, что один ген, названный EXOCYST70A3, напрямую регулирует архитектуру корневой системы, контролируя путь ауксина, не нарушая другие пути. EXOCYST70A3 делает это, влияя на распределение PIN4, белка, который, как известно, влияет на транспорт ауксина.
Когда исследователи изменили ген EXOCYST70A3, они обнаружили, что ориентация корневой системы изменилась, и больше корней углубились в почву.
«Биологические системы невероятно сложны, поэтому может быть трудно связать молекулярные механизмы растений с реакцией окружающей среды», – говорит Огура. "Связав, как этот ген влияет на поведение корней, мы выявили важный шаг в том, как растения адаптируются к изменяющимся условиям окружающей среды посредством ауксинового пути."
Это открытие не только позволило команде разработать растения, способные развивать более глубокую корневую систему и в конечном итоге накапливать больше углерода, но и понять, как растения справляются с сезонными колебаниями количества осадков и как помочь растениям адаптироваться к изменяющимся климатическим условиям.
«Мы надеемся использовать эти знания о пути ауксина как способ раскрыть больше компонентов, связанных с этими генами и их влиянием на архитектуру корневой системы», – добавляет Буш. «Это поможет нам создать более качественные и адаптируемые культурные растения, такие как соя и кукуруза, которые фермеры смогут выращивать для производства большего количества продуктов питания для растущего населения мира."
Среди других авторов были Сантош Б. Сатбхай из Солка вместе с Кристианом Гешлем, Даниэлем Филио, Мадалиной Миреа, Радкой Словак и Бонни Вольхраб из Института Грегора Менделя в Австрии.