Накормить мир, переделав «рты» растений

Более 30 процентов всего углекислого газа в атмосфере ежегодно проходит через устьица, и взамен устьица растений выделяют водяной пар, эквивалентный удвоенному количеству, присутствующему во всей атмосфере. Таким образом, растения оказывают огромное влияние на глобальный климат и особенно приспособлены к изменению климата.

Более того, устьица были обнаружены в окаменелостях, возраст которых составляет 400 миллионов лет, и они характерны почти для каждого наземного растения, живущего сегодня, хотя они могут принимать различный вид у разных видов растений. Большая часть того, что мы знаем о том, как гены формируют устьица, получено в результате исследований одного «модельного» растения, арабидопсиса, родственника брокколи и капусты, который сильно отличается от исследуемых здесь трав. Было загадкой, используют ли все растения те же гены, что и арабидопсис, для образования устьиц, или все различные формы и паттерны устьиц являются результатом каждого растения, использующего свой собственный уникальный набор генетических схем.

Новая работа, опубликованная ведущими авторами Майклом Райссигом и Эмили Абраш в Proceedings of the National Academy of Sciences, представляет собой совместную работу, созданную в Департаменте биологии растений Карнеги между Бергманном и Джоном Фогелем (ныне в Объединенном институте генома Министерства энергетики), которые встретились в качестве постдоков в Карнеги. Эта работа была сосредоточена на устьицах злаков, семейства, которое включает кукурузу, рис и пшеницу, и, таким образом, представляет собой ключевые виды, используемые в пищу для человека, корма для животных и в качестве возобновляемого топлива.

Решение об изучении устьиц трав было принято не только потому, что эти растения важны с экономической и экологической точек зрения, но и потому, что травы демонстрируют несколько уникальных инноваций, которые делают их устьицы гораздо более эффективными в поглощении углекислого газа, ограничивая потерю воды. У травяных устьиц есть другая форма — гантели — вместо фасолевидных, встречающихся у большинства растений, а у трав все их устьицы выровнены упорядоченными рядами вдоль листовой пластинки, в отличие от более случайного распределения на широких листах. листовые растения. Некоторые ученые предполагают, что форма и распределение устьиц в травах являются причиной их огромного эволюционного успеха.

Используя различные лабораторные методы, команда Бергманна смогла выяснить некоторые части регуляторных систем, которые включают и выключают определенные гены, которые определяют, как травы контролируют количество создаваемых устьиц, куда их помещать и как создавать свои отдельные устьицы. форма. Удивительно, но эти различия возникают не потому, что травы используют уникальные гены устьиц, а потому, что они по-разному используют те же гены, что и другие растения.

Это можно представить как схожие схемы компонентов, но с разной проводкой, поэтому разные гены отвечают за другие. Эта «перестройка» может частично объяснить, как травы образуют разные устьицы с превосходной физиологией.Что интересно в этих открытиях, так это то, что «теперь у нас есть ручка для генов, составляющих универсальный набор инструментов для построения устьиц, — объяснил Бергманн, — растения, по-видимому, используют одни и те же общие части, но то, как эти части функционируют и взаимодействуют друг с другом. отличаются друг от друга, что интересно с точки зрения научных открытий и может быть использовано для улучшения показателей роста трав, которые люди используют в пищу или в качестве топлива ".

Портал обо всем