Генетики заставили растение расти круглосуточно

Испанские биологи открыли цепочку генов, связывающую гены роста и "биочасы" растений, и поменяли ее работу в ДНК родича капусты таким образом, что он начал расти на протяжении всего дня и ночи, говорится в статье, опубликованной 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", — рассказывает Гиомар Мартин (Guiomar Martín) из Центра агрикультурной геномики в Барселоне (Испания).

Гены, определяющие суточные ритмы человеческого организма, были выявлены еще 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.

Ученые 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.  Мартин и его коллеги сделали первый шаг к решению этой задачи, создав первый "сорт" арабидопсиса (Arabidopsis thaliana), дикого родича капусты, с подобными модификациями ДНК.

Арабидопсис, 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 его роста "дирижирует" ген и белок PIF, чьи молекулы распадаются под действием света и накапливаются в клетках растений во время ночи. Ученые 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.

Два года назад, как отмечает Мартин, его коллеги по центру 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, Мартин и его команда 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 ученые 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.