Учёные раскрыли генетическую «схему» семян

Впервые раскрыта генетическая «схема», помогающая семени выбрать идеальный момент для прорастания. Учёные из Университета Ноттингема также обнаружили, что тот же механизм, который контролирует прорастание, отвечает за другое ключевое решение в жизненном цикле растений — начало цветения.

Это открытие проливает свет на генетические механизмы, с помощью которых растения обнаруживают и реагируют на жизненно важные сигналы окружающей среды. Оно может стать важным шагом к созданию новых видов сельскохозяйственных культур, устойчивых к изменению климата, что поможет обеспечить будущие продовольственные поставки.

Семена в почве, решая, прорастать или оставаться в состоянии покоя, воспринимают целый спектр сигналов: температуру, свет, влажность и питательные вещества. Чтобы это решение принималось в идеальный момент для выживания, эволюция создала очень сложную генетическую «схему», предотвращающую потенциально фатальные ошибки.

Прорыв совершили учёные из Отдела растениеводства и растениеводческих наук Ноттингема. Команда собрала общедоступные данные о экспрессии генов и использовала систематический статистический анализ, чтобы распутать сложную сеть генетических взаимодействий у модельного растения Arabidopsis thaliana (резуховидка Таля). Это растение часто используется для изучения биологии растений, так как изменения в нём легко наблюдать, и оно стало первым растением, чей геном был полностью секвенирован.

Полученная генная сеть, названная SeedNet, подчеркнула, как мало учёные знают о регуляции прорастания семян, и при этом смогла с высокой точностью предсказать новые регуляторы этого процесса.

Ведущий автор работы доктор Джордж Бассель отметил: «К нашему удивлению, сеть семян показала, что генетические факторы, контролирующие прорастание семян, совпадают с теми, что контролируют другое необратимое решение в жизненном цикле растений — решение начать цветение. Индукция цветения, как и прорастание, сильно зависит от сигналов окружающей среды».

Ещё одним ключевым открытием SeedNet стало то, что те же гены, которые листья и корни используют для реакции на стресс, семена используют для остановки своего прорастания. Учитывая, что семена эволюционировали гораздо позже, чем растения развили способность противостоять стрессу, это указывает на то, что растения адаптировали уже существующие гены для выполнения новой роли.

Эта работа может помочь выявить важные факторы, контролирующие реакцию на стресс у семян и самого растения, что внесёт вклад в создание новых культур с повышенной урожайностью в экстремальных условиях, таких как засуха или наводнения.