Ученые из Института Солка надеются решить проблемы изменения климата и продовольственной безопасности, разгадывая геномную архитектуру различных видов растений, и они только что извлекли некоторые ценные уроки из самого быстрорастущего примера, о котором мы знаем. Изучая генетику, лежащую в основе крошечного водного растения, известного как ряска, исследователи получили новое понимание того, как оно способствует собственному развитию по сравнению с другими типичными функциями растений, что может оказаться полезным в усилиях по оптимизации сельскохозяйственных культур в будущем.
Ряска, менее известная как вольфия (лат. Wolffia), растет в пресноводных средах по всему миру и потребляется в некоторых частях Юго-Восточной Азии. У нее нет корней, она состоит из единой структуры стебель-лист и размножается, когда дочернее растение отпадает от материнского растения. Каждое растение ряски размером с булавочную головку, и растение способно ежедневно увеличиваться вдвое, что вызвало интерес у ученых, работающих в области продовольственной безопасности.
Но генетические основы, которые придают Вольфии невероятную способность к столь быстрому росту, до сих пор ускользали от этих ученых. Чтобы разгадать эту загадку, команда Института Солка выращивала растения вольфии в лаборатории в условиях светового и темного циклов. Поскольку на рост большинства растений сильно влияют световые и темные циклы, идея заключалась в том, чтобы проанализировать гены вольфии на протяжении всего этого процесса, чтобы выяснить, какие из них были активны в разное время дня.
«Удивительно, но вольфия имеет вдвое меньше генов, которые регулируются циклами свет/темнота, по сравнению с другими растениями», - говорит Тодд Майкл, первый автор статьи. «Мы думаем, что именно поэтому она так быстро растет. У нее нет правил, ограничивающих его рост».
Диаграмма, показывающая дочернее растение, которое отпочковывается от материнского. Фото: Sowjanya Sree / Philomena Chu
Кроме того, команда обнаружила, что вольфия не имеет некоторых ключевых атрибутов, на которые полагаются другие растения для выживания. Там, где у некоторых видов есть гены, необходимые для развития сложных корневых систем или защиты от вредителей, таких как колючки или щетина, вольфия прекрасно обходится без них.
«Это растение потеряло большинство генов, которые ему не нужны», - говорит Майкл. «Похоже, оно эволюционировало, чтобы сосредоточиться только на неконтролируемом быстром росте».
В 2019 году мы рассмотрели исследование инициативы Harnessing Plants Initiative, демонстрирующее, как обычные виды растений могут быть изменены генетически для развития более глубоких корневых систем, что команда надеется использовать, чтобы заставить их накапливать больше углерода. Это способствует достижению одной из основных целей исследовательской группы, которая заключается в разработке растений следующего поколения, которые можно было бы оптимизировать для определенного поведения.
Эти недавно обнаруженные данные о том, как это простое растение может расти так быстро, также послужат основой для усилий команды, предлагая ученым модель для изучения определенных характеристик поведения растений и роли определенных генов.
«Большой прогресс в науке был достигнут благодаря очень простым организмам, таким как дрожжи, бактерии и черви», - говорит Майкл. «Идея здесь в том, что мы можем использовать абсолютно минималистичное растение, такое как вольфия, чтобы понять фундаментальные принципы того, что делает растение растением».
Исследование было опубликовано в журнале Genome Research.
Источник: New Atlas / Salk Institute
