Листья, ствол и корни: генетики раскрыли, как дерево «знает», что расти

Команда Института продовольственных и сельскохозяйственных наук Университета Флориды под руководством генетика Матиаса Кирста впервые изучила, как сложное взаимодействие элементов в генетическом коде дерева определяет развитие разных структур — листьев, ствола и корней.

Все клетки дерева содержат одинаковую генетическую информацию. Однако то, как эта информация переводится в различные структуры, основано на сложном наборе взаимодействий.

Экспрессия генов, записанных в одном участке ДНК, часто регулируется одним или несколькими генами в другой части генетического кода. Эти гены, в свою очередь, модулируют активность других, формируя сети переплетённой генетической активности.

В статье, которая будет опубликована 4 мая в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, команда сообщает о первой карте таких сетей взаимодействий, влияющих на разные части двух видов тополей (Populus spp.).

Хотя подобное картирование генетических сетей проводилось на человеческих клетках, впервые такой уровень понимания достигнут в мире растений.

Анализ также показал, что определённые генетические сети активны только в конкретных частях дерева. В то же время другие сети были активны по всему дереву.

Знание того, какие гены экспрессируются только в некоторых частях дерева, а какие — повсеместно, является ключевым для исследователей и селекционеров, пытающихся вывести деревья и другие растения, наиболее подходящие для производства биотоплива, целлюлозы, бумаги и древесины.

Одна из распространённых проблем в селекции растений — улучшение одного признака может негативно сказаться на других частях растения. Это происходит потому, что гены, ответственные за один признак (например, размер цветка), могут выполнять и другие функции в растении.

Распознав такие гены, исследователи могут найти решения, например, целенаправленно воздействовать на вторичные гены, активные только в нужной части растения.

Эта работа поможет в создании деревьев, специально приспособленных для использования в качестве сырья для целлюлозного этанола — экологически чистого и возобновляемого заменителя бензина.

Вероятно, многие другие растения имеют сходные генетические сети с обнаруженными у тополей, что потенциально может привести к более совершенным способам улучшения продовольственных культур.