Ячмень – один из важнейших злаков. Его применение варьируется от пивоварения до крупы, перловой крупы, ячменных хлопьев и ячменной муки.
Исследователи под руководством проф. Доктор. Сильвио Сальви из Болонского университета некоторое время назад обнаружил необычный мутант ячменя: его корни не распространяются в стороны, как обычно, а растут прямо вниз. Исследователи назвали этого мутанта «гипергравитропным», что означает, что он гораздо сильнее подчиняется гравитации, чем его сородичи.
Команды под руководством проф. Доктор. Франк Хоххолдингер из Института растениеводства и сохранения ресурсов (INRES) Боннского университета и проф.
Салви вместе с другими коллегами исследовал основные причины.
Исследователи сравнили геном мутанта с нормально растущими растениями ячменя. Они обнаружили мутацию в хромосоме номер пять, которую они назвали «усиленный гравитропизм 2» (egt2), что означает «усиленная ориентация на гравитацию.«2» означает, что команда также работает над другим исследованием аналогичной мутации (egt1).
Исследователи продемонстрировали, что egt2 действительно отвечает за вертикальный рост корней, искусственно создавая такую мутацию в нормальных растениях ячменя, используя ножницы для гена CRISPR / Cas9. «Результат показывает похожий внешний вид корней», – сообщает ведущий автор Др. Гвендолин К. Киршнер из Института растениеводства и сохранения ресурсов (INRES) Боннского университета. "Это позволило нам доказать, что мы определили правильный ген."
Корни в сканере МРТ
Исследователи вырастили маленькие растения ячменя на бумаге для проращивания или в почве и записали угол укоренения с помощью сканера и специального программного обеспечения. Они также использовали ресурсы из Forschungszentrum Julich: там ячмень выращивали в специальных «цветочных горшках», которые помещались в МРТ-сканер.
Используя технику магнитно-резонансной томографии, исследователи "просмотрели" почву и таким образом зафиксировали рост корней.
Растения с мутацией egt2 гораздо более чувствительны к влиянию силы тяжести, чем нормальные экземпляры. Исследователи продемонстрировали это, поместив корни проростков ячменя под углом 90 градусов к направлению силы тяжести. «Это привело к тому, что корни мутантов значительно выросли в направлении силы тяжести, чем у сравнительных образцов без этой мутации», – говорит д-р.
Киршнер.
Мутация редка
Мутация встречается нечасто. «У многих мутантов корни короче или отсутствуют», – говорит Хоххолдингер. "Но мутации с разными углами корня – относительно редкая находка."В сотрудничестве с исследователями из Центра Джона Иннеса в Норвиче (Великобритания) команда смогла продемонстрировать, что очень похожий мутант также существует в растениях пшеницы. «Это показывает, что ген эволюционно законсервирован», – сообщает Хоххолдингер.
Это означает, что этот ген играет важную роль не только в ячмене, но и в других важных злаках. Хоххолдингер: "Так что стоит присмотреться."
По словам исследователей, открытие мутации предлагает потенциальную отправную точку для выведения новых сортов. «Более крутые корни полезны, когда дело доходит до использования водных ресурсов и подвижных питательных веществ на большей глубине», – объясняет Хоххолдингер.
И наоборот, корневая система, которая увеличивается в ширину, проникает в больший объем почвы и, следовательно, может получить доступ к питательным веществам на большей площади и дает растениям лучшую устойчивость. Следовательно, какая корневая система предлагает лучшие условия для хороших урожаев, зависит от конкретного местоположения.
В более засушливых регионах это могут быть более крутые корни, а в районах с более бедным питательными веществами – более мелкие растопыренные.
Отправная точка для выведения адаптированных к засухе сортов
«До сих пор корни в селекции в значительной степени игнорировались», – говорит Хоххолдингер. Но с увеличением засух в результате изменения климата архитектура корневой системы может иметь большое значение в будущем. Тогда мутант с вертикальными корнями может сыграть роль в создании сортов, адаптированных к изменению климата.
Исследователи еще не смогли расшифровать точную молекулярную функцию гена. Однако в настоящее время исследователи из Боннского университета изучают, в каких сигнальных путях участвует белок EGT2.