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.

Arabidopsis thaliana

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.

Источник